JP4031241B2 - Melt processable semi-crystalline block copolyimide - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、選択されたブロックコポリイミド組成物であって、そのそれぞれが溶融物として加工することができ、かつ半晶質である組成物に関する。好ましい実施形態において、これらのブロックコポリイミドはそれぞれの溶融物から冷却によって回復可能な結晶性を示す。
【0002】
【従来の技術】
ポリイミドは、特に、熱安定性、不活性な特性(強力な溶媒においてさえ通常は溶解しない)、および高いガラス転移温度(T)を特徴とする有益なポリマー群を構成する。先行技術には、その前駆体は、これまでは、化学的処理または熱処理のいずれかによって最終的にイミド化された形態になり得るポリアミド酸であることが開示されている。
【0003】
ポリイミドは、上述の特性を必要とする非常に多くの応用が数多くの産業において常に見出されており、現在、その応用は、特に誘電体として電子デバイスの分野で劇的に増大し続けている。
【0004】
ポリイミドおよびコポリイミドに関する種々の局面を多数の刊行物において見出すことができる。例えば、以下の刊行物を参照されたい。
【0005】
Sroog,C.E.、J.Polymer Sci.:Part C、第16号、1191(1967)。
Sroog,C.E.、J.Polymer Sci.:Macromolecular Reviews、第11巻、161(1976)。
ポリイミド、D.Wilson、H.D.StenzenbergerおよびP.M.Hergenrother編、Blackie、USA:Chapman and Hall、New York、1990。
【0006】
いくつかの用語が下記に定義されているが、これらは、溶融物の状態で加工することが可能であるような高い熱安定性を有する、および好ましい実施形態において溶融物から結晶化したときに回復可能な半結晶化度を示す、といった望ましい性質を同時に有する高性能ポリイミドに関する本発明に関連して使用されている。
【0007】
用語「溶融加工可能なポリイミド」は、ポリイミドが何らかの著しい分解を受けることなく、ポリイミドを溶融物の状態で加工して形状化された物品を形成すること(例えば、ペレットなどに押出し成形すること)ができるように、ポリイミドの融点以上の温度で十分に高い熱酸化安定性および十分に低い溶融粘度をポリイミドが有することを意味する。
【0008】
用語「DSC」は、融点、結晶化ポイントおよびガラス転移温度を含むサンプルの様々な熱特性を正確に測定するために広く使用されている熱分析技術である示差走査熱測定法の省略語である。省略語「DSC」は下記の本文中で用いられている。遅い結晶化速度、中間の結晶化速度および速い結晶化速度ならびに関連する用語の下記の定義は、DSC分析時の徐冷、急冷、再加熱などの走査のもとでDSC分析を実施したときの所与サンプルの挙動に基づいている(詳細については下記を参照のこと)。
【0009】
用語「遅い結晶化速度」は、所与のコポリイミドサンプルについて、DSC分析に供されたときに、サンプルが、その溶融物からの徐冷時(すなわち、10℃/分での冷却時)に本質的に何ら結晶化を示さず、しかし続く再加熱のときに結晶化ピークを示すような結晶化速度であることを意味する。さらに、急冷時に結晶化は生じない。
【0010】
用語「中間の結晶化速度」は、所与のコポリイミドサンプルについて、DSC分析に供されたときに、サンプルが、徐冷時に何らかの結晶化を示し、さらに、徐冷後の再加熱のときに何らかの結晶化を示すような結晶化速度であることを意味する。さらに、急冷時に結晶化が生じることに関する強い証拠はない。
【0011】
用語「速い結晶化速度」は、所与のコポリイミドサンプルについて、DSC分析に供されたときに、サンプルが、徐冷および急冷の両方において結晶化ピークを示し、さらに、観測可能な結晶化ピークが、所与サンプルの徐冷後に続く再加熱のときに認められないような結晶化速度であることを意味する。急冷後、何らかの結晶化が再加熱のときに見られることがある。
【0012】
用語「ポリマーの溶融物」は、ポリマーが液体状態または実質的に液体の状態にある溶融物として存在することを意味する。ポリマーが結晶性または半結晶性である場合、ポリマーの溶融物はその融点(T)以上の温度でなければならない。
【0013】
用語「回復可能な半結晶化度」および/または「回復可能な結晶化度」は、半結晶性ポリマーまたは結晶性ポリマーに関連する挙動を意味する。これらは、詳細には、ポリマーの融点よりも高い温度に加熱され、続いてポリマーの融点よりも十分に低い温度に徐冷されたときに、ポリマーが再加熱DSC走査において融点を示す場合に生じるような挙動を意味する。(再加熱DSC走査のときに融点が観測されない場合、そのポリマーは回復可能な結晶化度を示さない。サンプルがT未満の温度で、しかしTよりも高い温度に長く置かれるほど、サンプルは、結晶化する可能性が大きくなる。)
【0014】
用語「半結晶性ポリマー」は、少なくとも何らかの結晶性特性を示し、かつ完全ではないが、部分的な結晶性を有するポリマーを意味する。結晶性特性を有する既知のポリマーの大部分または全ては半結晶性であるが、これらもまた少なくとも何らかの非晶質特性を有するために完全な結晶性を有していない。(したがって、結晶性ポリマーの用語は、それが使用されている状況のほとんどまたは全てにおいて技術的には誤った呼称であるが、それにも関わらず、使用されていることが多い。)
【0015】
用語「キャッピングされていないコポリイミド(ランダムまたはブロック)」は、キャッピング剤を含まないモノマーの組み合わせ(例えば酸二無水物(acid dianhydride)およびジアミン)からなる反応生成物を意味する。
【0016】
本発明による回復可能な結晶化度を有する半結晶性ポリイミドが溶融加工されることの顕著な利点のいくつかには、溶媒を用いない加工が含まれ、その結果、冗長で費用のかかる溶媒リサイクルが不必要になり、省略できるようになる。高い熱安定性は、350℃以上の温度における溶融物での加工に不可欠であるだけでなく、高温での適用において使用されるポリイミドにも必要である。半結晶性ポリイミドは、非晶質であるその他類似のポリイミドと比較して多くの場合非常に望ましい。後者に対して前者は、多くの場合、より良好な機械的特性(例えば、特に、より高い弾性率)、特性破壊を伴うことなくより高い温度で使用される能力(例えば、より良好なはんだ付け耐性(solder resistance)、弾性率保持)、より大きな溶媒耐性、より高いクリープ粘度(例えば、時間に関したフィルムまたは他の構造体のひずみに対する変化がより小さいこと)、およびより低い熱膨張係数を有するなど、優れた性質を示すからである。
【0017】
半結晶性ポリイミドが溶融加工可能であると見なされるためには、ポリイミドは、装置能力/限界、およびポリイミドの何らかの著しい熱分解を避けることの両方により溶融加工の実用的限界である約385℃〜395℃の温度範囲以下の融点を有する必要がある。さらに、ポリイミドは十分に低い溶融粘度を有する必要がある(すなわち、ポリマーの融解温度および溶融加工装置の剪断速度に依存して、最大で約10ポアズ(これは10パスカル/秒に等しい)以下でなければならないが、好ましくは最大で10ポアズ(これは10パスカル/秒に等しい)以下でなければならない)。ポリマー(例えば、ポリイミド)の融解温度を低下させるために共重合化を使用することができるが、共重合化は、通常、結晶化度の喪失を生じる。先行技術の組成物は、コポリマー組成物において高い程度の半結晶化度を同時に保ちながら、コポリマー組成物の融点(Ts)の低下を好適に達成することができなかった。本発明の組成物においては、好適な融解温度および高い程度の半結晶化度の両方が、コモノマーおよびキャッピング剤ならびにブロックコポリイミド組成物中のそれらの相対的な量を慎重に選ぶことによって達成される。
【0018】
最初のDSC加熱走査において融点を示し、かつそれにより結晶性特性を有すると考えられる種々のポリイミドが、米国特許第4,923,968号(Kunimune、チッソ株式会社)に開示されている。この特許に開示されたコポリイミドは、その融点よりも高い温度に加熱されるまでは結晶性または半結晶性であり得るが、本発明者らは、この特許に開示されたコポリイミドが回復可能な再結晶化度を示すことを確認していない。実際、これらのコポリイミドは、その溶融物から冷却されたとき、おそらくは実質的に非晶質であると考えられる。さらに、この特許に開示されたほとんどまたは全てのコポリイミドは、溶融加工性には高すぎる融点、分子量(溶融粘度)および/または溶融粘度を有するために溶融加工することができない。さらに、重合を適度にするための、そして溶融加工性を改善するためのエンドキャッピング処理は教示されていない。
【0019】
本発明の選択されたブロックコポリイミドは、好適な実施態様において、それらのコポリイミドが重要な本質的な性質(高い熱安定性、溶融加工性および回復可能な結晶化度)を同時に有する点で先行技術の組成物の欠点を克服する。したがって、本発明のコポリイミドは溶融物の状態で加工され物品を形成することが可能である。加工された物品は、押出し成形品、ファイバー、フィルムおよび成形製品などの所定の形状を有することができ、それらは半結晶性コポリイミドから構成される。また、多くの場合、本発明のコポリイミドは溶融物の状態で(溶融重合を経て)製造することが可能である。
【0020】
ポリマーのいくつかの性質は、各セグメントまたはブロックが特定の望まれる特徴または性質を提供するセグメント化またはブロックコポリマー(コポリマーに関する「ブロック」および「セグメント」なる用語は本明細書において同義語として用いられる)を用いることによって最良に制御され、多様化されることが知られている。典型的な例は、靱性の2つの主成分である剛性および弾性のうち、スチレンブロックが剛性を提供し、ブタジエンブロックが弾性を提供する、スチレン/ブタジエンブロックコポリマーの場合である。スチレンおよびブタジエンブロックのブロック重合によって実現される所望の力学的性質は、経験的な化学式、分子量、および他のパラメーターはいずれの場合にも一定に保たれるという事実にもかかわらず、ランダム重合では実現することができない。
【0021】
したがって、ポリイミドの場合に、与えられた特定の応用例の要求条件に適合するようにその性質を制御するために、このブロック概念を再現する多くの試みがなされてきた。しかし、これまでの試みは全て、部分的または全体に不成功に終わっている。これらの試みが失敗した原因と考えられるポリイミドのいくつかの性質を以下に記載する。
【0022】
第1に、ポリイミドは通常、ほとんどまたは全ての一般的溶媒に不溶性であるために有用である。したがって、ポリイミドは高い溶媒耐性を有する。しかし、不溶性の高いポリイミドを、例えばコーティングの形で適用する方法に関して、この有益な性質自体が重荷になる。したがって、ポリイミドをコーティングとして塗布する従来技術における最も一般的な技法は、かなり溶解性が高いそれぞれのポリ(アミド酸)の溶液を用い、次いで、塗布後に熱または化学的手段によりポリアミド酸を対応するイミドに変換する方法である。セグメント化ポリイミドの調製において同様に有用である別法は、例えばイソシアネート、エポキシド、アセチレン型およびエチレン型不飽和官能基などの末端官能基を有する可溶性オリゴマーまたは前駆体(エステルが多い)を用い、次いで、それを伸長または架橋する方法である。しかし、これらの官能基は熱酸化安定性低下の原因となり、一般にポリマーの性質劣化を引き起こすこともある。
【0023】
第2に、実際にはカルボン酸二無水物のジアミンとの反応生成物であるポリ(アミド酸)の独特の特徴は、それらの成分(ジアミンおよび酸二無水物)が動的平衡を推進する要因に応じて継続的に位置を互換するような、動的平衡の状態に永続的にあるということで、これに対してポリイミドでは典型的にはそのような変化は起こらない。ポリ(アミド酸)の平衡はC.C.Walker,J.Polym.Sci.; Part A: Polym.Chem.Ed.,26,1649 (1988)にさらに詳細に記載されている。二成分ポリ(アミド酸)混合物の再平衡は、M.Ree,D.Y.Yoon,W.Volksen;「二成分ポリ(アミド酸)混合物の混和性挙動および再平衡(Miscibility Behavior and Reequilibration of Binary Poly(Amic Acid)Mixture)」、Polymeric Materials; Science & Engineering Proceedings of ACS Division of Polymeric Materials; V60; P.179〜182; Spring 1989に論じられている。一方、芳香族ポリイミドの場合の平衡は、例えばTakekoshi,T.,「イミド基転移反応によるポリエーテルイミドの合成(Synthesis of Polyetherimides by Transimidization Reaction)」、preprints of symposium on Recent Advances in Polyimids and Other High Performance Polymers,Div.Of Polymer Chemistry,Am.Chem.Soc.,San Diego,CA,Jan.1990に記載されているような厳密な条件を必要とする。
【0024】
ポリ(アミド酸)に前述の動的平衡があることから、一般には、2つの異なるポリアミド酸を共に反応させ、同時に、または続いてイミド化して、2つのはっきり異なるセグメントを有するセグメント化コポリイミドを合成することは不可能である。
【0025】
米国特許第5202412号において、極性溶媒に可溶性のポリイミドコポリマーオリゴマー前駆体、ポリイミド前駆体を製造する方法、ならびに第1のイミド化セグメント(ブロック)および第2のイミド化セグメント(ブロック)を有し、第1のイミド化セグメントは所与のポリイミド前駆体からなる、ブロックポリイミドコポリマーを製造する方法が開示されている。この特許に開示されている方法によって製造されるブロックポリイミドコポリマーは、アミンおよび無水物の再配列が(1)第1のイミド化セグメント内、および(2)第1のイミド化セグメントと第2のアミド酸セグメント(これは第2のイミド化セグメントの前駆体)との間で実質的に妨げられるような性質を有する。しかし、この特許にはどのようにしてブロックコポリイミドが溶融加工性となりうるか、および/または回復可能な再結晶性を示すかについての教示はない。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
前述の考察を考慮して、高い熱安定性を有する高性能ポリイミドであって、溶融物で加工することができ(溶融加工性)、かつ好ましい実施形態において本明細書で定義されるような回復可能な半晶性を示すポリイミドについて、非常に長い間にわたってその必要性が切望されている。しかし、現在のポリイミドの最先端技術ではそのような要望は満たされていない。したがって、本発明はこれらの長く切望されている必要性に対する解決を提供する。
【0027】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施態様は、第1のイミド化セグメントおよび第2のイミド化セグメントを含む、セグメント化溶融加工性半晶質ポリイミドコポリマーであって、該コポリマーが以下の工程:
(a)第1のアミド酸セグメントを調製する工程であって、
第1のアミド酸セグメントは、上記第1のイミド化セグメントの前駆体であり、かつ酸無水物およびアミンからなる群より選択される2つの同じ末端部分を有する第1のアミド酸セグメントを得るための分子比で、第1の酸二無水物を第1のジアミンと反応させた場合の反応生成物であり、
第1のアミド酸セグメントを形成するための第1の酸二無水物と第1のジアミンとの組合せが、それぞれ4,4′−オキシジフタル酸無水物(ODPA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、(3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、ピロメリト酸二無水物(PMDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、(2,2′−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、3,3′,4,4′−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物(DSDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、および(2,2′−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)と1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)との組合せからなる群より選択される工程と、
(b)上記第1のアミド酸セグメントをイミド化して第1のイミド化セグメントを形成する工程と、
(c)上記第1のイミド化セグメントを1以上の反応物と反応させる工程であって、
上記1以上の反応物は、(1)第2の酸二無水物および第2のジアミンと、(2)第2のアミド酸セグメントならびに第2の酸二無水物および第2のジアミンからなる群より選択される連結モノマーとからなる群より選択され、
上記(2)におけるジアミンおよび二無水物の間の連結モノマーの選択対象が、約100%の全化学量論を有するポリイミド/ポリアミド酸コポリマーを生成するのに必要な連結モノマーを選択することによって選ばれる条件のもとで、上記第1のイミド化セグメントが上記1以上の反応物と反応して、第1のイミド化セグメントおよび第2のアミド酸セグメントを含むセグメント化ポリイミド/ポリアミド酸コポリマーを形成し、
上記第2のアミド酸セグメントが炭素−窒素結合を有するアミド基を介して第1のイミド化セグメントに連結され、
上記第2のアミド酸セグメントを形成するための第2の酸二無水物と第2のジアミンとの組合せが、それぞれ3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)と1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)との組合せ、および(3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)と1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)との組合せからなる群より選択される工程と、
(d)上記第2のアミド酸セグメントをイミド化して第2のイミド化セグメントを形成し、そのことによりセグメント化溶融加工性半晶質ポリイミドコポリマーを形成する工程
とによって調製されることを特徴とする。
【0028】
本発明において、イミド繰り返し単位を含む対応するホモポリイミドに対して半結晶度を付与する、イミド繰り返し単位を含む第1のイミド化セグメントおよび第2のイミド化セグメントの少なくとも1つが必須であり、要求される。さらに、第1のイミド化セグメントは、前述のセグメント化されたポリイミド/ポリアミド酸コポリマーに対し、反応温度で1以上の反応溶媒に可溶である。
【0029】
好ましい実施態様において、本発明のコポリイミドは、93%から98%の範囲の化学量論量を有し、330℃から395℃の範囲の融点を示し、およびDSC分析によって決定されるような回復可能な結晶度を示す。好ましくは、本発明のコポリイミドは、385℃より低い融点、より好ましくは380℃より低い融点を有する。
【0030】
本明細書中で使用されているように、パーセントで表される用語「化学量論量」は、所与のポリイミドに取り込まれているジアミンの総モル量に対する酸二無水物の総モル量を意味する。酸二無水物の総モル量がジアミンの総モル量に等しい場合、その化学量論量は100パーセントである。これらの2つの成分が等しくない場合、ジアミン総量または二無水物の総量のいずれかがより多い量で存在し、この場合の化学量論量は、少ない量で存在する成分(ジアミンまたは酸二無水物)の、多い量で存在するそのような成分に対するモルパーセントとして表される。一例として、ポリイミドサンプルが、0.98モルの酸二無水物と1.00モルのジアミンとの配合から得られる場合、ジアミンがより大きな量で存在し、このときの化学量論量は98%である。
【0031】
化学量論量が93%未満である場合、コポリイミドは不十分な機械的性質を有する。化学量論量が98%を超える場合、コポリイミドは溶融加工性に対して融点が高すぎて実施可能な、および/または回復可能な結晶化度を示さない。
【0032】
本明細書中で使用されている、用語「エンドキャッピング」は、一官能性成分(薬剤)を意味し、無水フタル酸、無水ナフタル酸およびアニリンを含むが、これらに限定されない。それらは、コポリイミドをキャッピングして重合化を適度にし、かつ最終的な溶融重合生成物の熱可塑性を高める。エンドキャッピングは、無水物官能性の総モル数がアミン官能性の総モル数に等しいように、一般には100%まで実施される。無水フタル酸および無水ナフタル酸は、ジアミンが酸二無水物よりも大きなモル量で存在するような場合において好適なエンドキャッピング成分である。アニリンは、酸二無水物がジアミンよりも大きなモル量で存在するような場合において好適なエンドキャッピング成分である。100%のエンドキャッピングを達成するために必要とされるエンドキャッピング成分の割合は、100倍された(1−化学量論量)の値の2倍に等しい。一例として、100%のエンドキャッピング処理が実施された95%の化学量論量(ジアミンが過剰)を有するコポリイミドの場合、エンドキャッピング剤の総モル数は、ジアミンの総モル数の10モル%(すなわち、100モルのジアミンに対して10モルのエンドキャッピング剤)でなければならない。
【0033】
他の実施態様において、本発明は、第1のイミド化セグメントおよび第2のアミド酸セグメントを含む、セグメント化ポリイミド/ポリアミド酸コポリマーであって、該コポリマーが以下の工程:
(a)第1のアミド酸セグメントを調製する工程であって、
第1のアミド酸セグメントは、上記第1のイミド化セグメントの前駆体であり、かつ酸無水物およびアミンからなる群より選択される2つの同じ末端部分を有する第1のアミド酸セグメントを得るための分子比で、第1の酸二無水物を第1のジアミンと反応させた場合の反応生成物であり、
第1のアミド酸セグメントを形成するための第1の酸二無水物と第1のジアミンとの組合せが、それぞれ4,4′−オキシジフタル酸無水物(ODPA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、(3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、ピロメリト酸二無水物(PMDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、(2,2′−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、3,3′,4,4′−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物(DSDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、および(2,2′−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)と1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)との組合せからなる群より選択される工程と、
(b)上記第1のアミド酸セグメントをイミド化して第1のイミド化セグメントを形成する工程と、
(c)上記第1のイミド化セグメントを1以上の反応物と反応させる工程であって、
上記1以上の反応物は、(1)第2の酸二無水物および第2のジアミンと、(2)第2のアミド酸セグメントならびに第2の酸二無水物および第2のジアミンからなる群より選択される連結モノマーとからなる群より選択され、
上記(2)におけるジアミンおよび酸二無水物の間の連結モノマーの選択対象が、約100%の全化学量論を有するポリイミド/ポリアミド酸コポリマーを生成するのに必要な連結モノマーを選択することによって選ばれる条件のもとで、上記第1のイミド化セグメントが上記1以上の反応物と反応して、第1のイミド化セグメントおよび第2のアミド酸セグメントを含むセグメント化ポリイミド/ポリアミド酸コポリマーを形成し、
上記第2のアミド酸セグメントが炭素−窒素結合を有するアミド基を介して第1のイミド化セグメントに連結され、
上記第2のアミド酸セグメントを形成するための第2の酸二無水物と第2のジアミンとの組合せが、それぞれ3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)と1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)との組合せ、および(3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)と1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)との組合せからなる群より選択される工程
とによって調製されることを特徴とする。このセグメント化ポリイミド/ポリアミド酸コポリマーは前述のセグメント化ポリイミドコポリマーに対する前駆体である。
【0034】
【発明の実施の形態】
適当な分子構成を有する新規なセグメント化(ブロック)コポリイミドは、本明細書において、半晶質であり、溶融物から結晶化させることができ、かつ溶融加工性であるようなコポリイミドとして定義される。さらに、好ましい実施形態において、これらのコポリイミドは回復可能な半晶性を示す。これらのブロックコポリイミドは約330℃から約385℃〜395℃の範囲の融点を有する。融点および融解温度での溶融粘度を含む、主要な溶融加工性パラメーターは、モノマー、ブロックの長さ、分子量、およびエンドキャッピングのパーセンテージを適当に選択することにより調整することができる。本発明のコポリイミドにおいて適当な分子構成を用いることにより、融点とガラス転移温度との間の温度差のウィンドウ(window)を制御することもできる。
【0035】
本発明の主要な態様は、本発明のセグメント化(ブロック)コポリイミドが配列重合(sequenced polymerization)を用いて製造された時、このコポリイミドの融点低下および他の望ましい性質が生じるが、その一方で所与のコポリイミドの溶融物からの冷却による結晶性が保持されるという驚くべき発見である。ガラス転移温度よりも高温で強度を保持し、次いで、加工に対して、さらに高い温度で融解する半晶質ポリイミドを得ることが非常に望ましい。結晶化できる熱可塑性ポリイミドの鎖中に無作為に配置されると結晶性を破壊し、かつ非晶質であるコモノマーまたはコポリマー単位が、配列された様式で共重合されたとき、予想外に結晶性を保持すること、および結晶の融度を低下させることが見出された。この配列共重合は、モノマーを順序づけて付加するか、または非晶質ポリマーと結晶性ポリマーとをそれぞれ別々に重合した後に組み合わせて鎖を伸長することにより達成される。本発明において製造された新規組成物は、ガラス転移温度よりも高温で結晶化することができ、薄膜、繊維および成形部品の加工に対してより低く、より実用的な温度で融解する。
【0036】
半晶質の熱可塑性ポリイミドの製造には、一般に、約330〜395℃付近の成形および押出温度が必要とされる。現在の最先端技術の高温装置を用いて実現でき、およびポリイミドの著しい熱分解が起こるのを防止する上限温度は約385〜395℃である。ランダム共重合は結晶の特性を破壊する可能性があるが、配列共重合はより容易に結晶性を保持し、結晶の融点を低下させる。その結果、本発明により、より低く、より実用的な製造温度が達成される。
【0037】
半晶質の全て芳香族のホモポリイミドは、溶融加工性が実現可能な上限以上の融点を有することが多い。一例はBPDA/APB−134ホモポリイミドで、その融点は約400℃(比較例3を参照)であり、実用的な溶融加工性のためには高すぎると考えられる。
【0038】
本発明において主要な特徴は、驚くことに、また予想外に、本発明のセグメント化コポリイミドを製造するための配列された様式での共重合は、これらコポリイミドのそれぞれの溶融物からの結晶性を保ちつつ、これらコポリイミドの融点を制御して低下させ、またそれによりこれらブロックコポリイミドに回復可能な結晶性という特徴を付与することである。
【0039】
本発明のセグメント化(ブロック)コポリイミドは、Aは非晶質または半晶質セグメントを表し、Bは半晶質セグメントを表す、A//Bセグメントまたはブロックからなる構造を有することで特徴付けられる。Aセグメント(ブロック)は軟セグメントと呼ばれ、Bセグメント(ブロック)は硬セグメントと呼ばれる。Aセグメントが適当な溶媒(例えば、DMAC、NMP)にA/Bポリイミド/ポリ(アミド酸)コポリマーを形成するための加工温度で十分に可溶性であるとの条件で、AおよびBはいずれも半晶質であってもよいが、AおよびBセグメントは常に構造が異なり、同一ではない。Aセグメントは非晶質または非常にわずかから中等度に半晶質であり、Bセグメントは半晶質であることが好ましい。Aセグメントの主要な特性には、Aセグメントからなるホモポリイミドの有機溶媒(DMACなど)への溶解性と、回復可能な結晶性を破壊することなくBセグメントからなるブロックコポリマーの融点を低下させる能力が含まれる。Bセグメントの主要な特性には、回復可能な結晶性を有することと、ブロックコポリイミドに約395℃以下、好ましくは385℃以下の融点を与えることが含まれる。
【0040】
本発明は、実施形態において、第1のイミド化セグメントおよび第2のアミド酸セグメントを含むセグメント化ポリイミド/ポリアミド酸コポリマーである。
【0041】
第1のイミド化セグメントは、前駆体としての第1のアミド酸セグメント由来で、まず第1の酸二無水物を第1のジアミンと、酸無水物およびアミンからなる群より選択される2つの同じ末端部分を有する第1のアミド酸セグメントを得るための分子比で反応させることにより得られる。続いて、第1のアミド酸セグメントをイミド化して第1のイミド化セグメントを形成する。第1のイミド化セグメントは末端が無水物であることが好ましい。
【0042】
前駆体としての第1のアミド酸セグメントを介して、第1のイミド化セグメントを形成するための第1の酸二無水物および第1のジアミン(第2の酸二無水物および第2のジアミンとは独立に)は、それぞれODPAとAPB−133との組合せ、BPDAとAPB−133との組合せ、PMDAとAPB−133との組合せ、6FDAとAPB−133との組合せ、DSDAとAPB−133との組合せ、および6FDAとAPB−134との組合せからなる群より選択される。第1の酸二無水物および第1のジアミンは、それぞれODPAとAPB−133との組合せ、BPDAとAPB−133との組合せ、PMDAとAPB−133との組合せ、および6FDAとAPB−134との組合せからなる群より選択されることが好ましく、それぞれODPAとAPB−133との組合せ、BPDAとAPB−133との組合せ、およびPMDAとAPB−133との組合せからなる群より選択されることがより好ましく、それぞれODPAとAPB−133との組合せ、およびBPDAとAPB−133との組合せからなる群より選択されることが最も好ましい。低い誘電率を有する物質を必要とする特定の適用のために、第1の酸二無水物および第1のジアミンは、それぞれ6FDAとAPB−134との組合せ、または6FDAとAPB−133との組合せのいずれかであることが好ましい。
【0043】
セグメント化ポリイミド/ポリアミド酸コポリマーにおける第2のアミド酸セグメントは、第1のイミド化セグメントを、(1)第2の酸二無水物および第2のジアミンまたは(2)第2のアミド酸セグメントならびに酸二無水物およびジアミンからなる群より選択される連結モノマーのいずれかである1以上の反応物と反応させることによって得られ、炭素−窒素結合を有するアミド基を介して第1のイミド化セグメントに連結される第2のアミド酸セグメントを形成する。
【0044】
前述の(1)の場合、第2のアミド酸セグメントを形成するための第2の酸二無水物と第2のジアミンとの適当な組合せ(第1の酸二無水物および第1のジアミンとは独立に)は、それぞれBPDAとAPB−134との組合せ、およびBTDAとAPB−134との組合せからなる群より選択される。第2の酸二無水物および第2のジアミンは、それぞれBPDAとAPB−134との組合せであることが好ましい。
【0045】
前述の(2)の場合、適当な第2のアミド酸セグメントはBPDA/APB−134およびBTDA/APB−134である。実施例22〜27は第2のアミド酸セグメントがBPDA/APB−134である(2)の場合を例示しており、これはBPDAを化学量論量の98%含み、したがって過剰のアミノ官能基を有していた。したがって、過剰のアミノ官能基を有するこれらの例では、セグメント化コポリイミドの全化学量論を約100%に上げるために、ジアミンではなく酸二無水物を第1のイミド化セグメントを第2のアミド酸セグメントに連結するための連結モノマーとして用いる。実施例22〜27ではBPDAを連結モノマーとして用いたが、本発明においてはいかなる他の酸二無水物も連結モノマーとして用いることができる。同様に、第2のアミド酸が過剰の酸二無水物の官能基を有する場合には、本発明によればいかなるジアミンも連結モノマーとして用いることができる。
【0046】
第2の酸二無水物および第2のジアミンが、最も好ましくはそれぞれBPDAおよびAPB−134であるとき、前駆体としての第1のアミド酸セグメントを介して第1のイミド化セグメントを形成するための第1の酸二無水物と第1のジアミンとの適当な組合せは、それぞれODPAとAPB−133との組合せ、BPDAとAPB−133との組合せ、PMDAとAPB−133との組合せ、6FDAとAPB−133との組合せ、DSDAとAPB−133との組合せ、および6FDAとAPB−134との組合せからなる群より選択される。第1のアミド酸セグメントおよび第1のイミド化セグメントを形成するための第1の酸二無水物および第1のジアミンは、それぞれODPAとAPB−133との組合せ、BPDAとAPB−133との組合せ、およびPMDAとAPB−133との組合せからなる群より選択されることが好ましい。第1のアミド酸セグメントおよび第1のイミド化セグメントを形成するための第1の酸二無水物および第1のジアミンは、それぞれODPAとAPB−133との組合せ、およびBPDAとAPB−133との組合せからなる群より選択されることがより好ましい。第1のアミド酸セグメントおよび第1のイミド化セグメントを形成するための第1の酸二無水物および第1のジアミンは、それぞれODPAとAPB−133との組合せであることが最も好ましい。
【0047】
本発明は、もう1つの実施形態において、第1のイミド化セグメントおよび第2のイミド化セグメントを含む、セグメント化溶融加工性ポリイミドコポリマーである。
【0048】
第1のイミド化セグメントは、第1の酸二無水物を第1のジアミンと、酸無水物およびアミンからなる群より選択される2つの同じ末端部分を有する前駆体としての第1のアミド酸セグメントを得るための分子比で反応させることにより得られる。続いて、第1のアミド酸セグメントをイミド化して第1のイミド化セグメントを形成する。
【0049】
前駆体としての第1のアミド酸セグメントを介して、第1のイミド化セグメントを形成するための第1の酸二無水物および第1のジアミン(第2の酸二無水物および第2のジアミンとは独立に)は、それぞれODPAとAPB−133との組合せ、BPDAとAPB−133との組合せ、PMDAとAPB−133との組合せ、6FDAとAPB−133との組合せ、DSDAとAPB−133との組合せ、および6FDAとAPB−134との組合せからなる群より選択される。第1の酸二無水物および第1のジアミンは、それぞれODPAとAPB−133との組合せ、BPDAとAPB−133との組合せ、PMDAとAPB−133との組合せ、および6FDAとAPB−134との組合せからなる群より選択されることが好ましく、それぞれODPAとAPB−133との組合せ、BPDAとAPB−133との組合せ、およびPMDAとAPB−133との組合せからなる群より選択されることがより好ましく、それぞれODPAとAPB−133との組合せ、およびBPDAとAPB−133との組合せからなる群より選択されることが最も好ましい。低い誘電率を有する物質を必要とする特定の適用のために、第1の酸二無水物および第1のジアミンは、それぞれ6FDAとAPB−134との組合せ、または6FDAとAPB−133との組合せのいずれかであることが好ましい。
【0050】
本発明のセグメント化コポリイミドの第2のイミド化セグメントは、第1のイミド化セグメントを、(1)第2の酸二無水物および第2のジアミンまたは(2)第2のアミド酸セグメントならびに二無水物およびジアミンからなる群より選択される連結モノマーのいずれかである1以上の反応物と反応させることによって得られ、炭素−窒素結合を有するアミド基を介して第1のイミド化セグメントに連結される第2のアミド酸セグメントを形成し、続いて第2のアミド酸セグメントをイミド化して第2のイミド化セグメントを形成するが、第2のセグメントを形成するための第2の酸二無水物と第2のジアミンとの組合せ(第1の酸二無水物および第1のジアミンとは独立に)は、それぞれBPDAとAPB−134との組合せ、およびBTDAとAPB−134との組合せからなる群より選択される。第2の酸二無水物および第2のジアミンは、それぞれBPDAとAPB−134との組合せであることが好ましい。
【0051】
第2の酸二無水物および第2のジアミンが、最も好ましくはBPDAおよびAPB−134であるとき、第1のセグメントを形成するための第1の酸二無水物と第1のジアミンとの適当な組合せは、それぞれODPAとAPB−133との組合せ、BPDAとAPB−133との組合せ、PMDAとAPB−133との組合せ、6FDAとAPB−133との組合せ、DSDAとAPB−133との組合せ、および6FDAとAPB−134との組合せからなる群より選択される。第1のセグメントを形成するための第1の酸二無水物および第1のジアミンは、それぞれODPAとAPB−133との組合せ、BPDAとAPB−133との組合せ、およびPMDAとAPB−133との組合せからなる群より選択されることが好ましい。第1のセグメントを形成するための第1の酸二無水物および第1のジアミンは、それぞれODPAとAPB−133との組合せ、およびBPDAとAPB−133との組合せからなる群より選択されることがより好ましい。第1のセグメントを形成するための第1の酸二無水物および第1のジアミンは、それぞれODPAとAPB−133との組合せであることが最も好ましい。
【0052】
本発明のセグメント化溶融加工性ポリイミドコポリマーは、半晶質である第2のセグメント(Bセグメント)を有する。第2のセグメントはコポリマー中に60重量パーセント以上の量で存在することが好ましい。半晶質セグメントはコポリマー中に65から85重量パーセントの範囲の量で存在することがより好ましく、半晶質セグメントはコポリマー中に75から85重量パーセントの範囲の量で存在することがさらにより好ましい。
【0053】
本発明のセグメント化溶融加工性ポリイミドコポリマーは、約2,000から約20,000の範囲の数平均分子量(前駆体セグメント化ポリイミド/ポリアミド酸コポリマーでゲル透過クロマトグラフィにより求めた)を有する第1のイミド化セグメントからなり、第1のセグメントは3,000から15,000の範囲のMを有することが好ましく、4,000から10,000の範囲のMを有することがより好ましく、4,000から8,000の範囲のMを有することが最も好ましい。
【0054】
第1のイミド化セグメントの数平均分子量(M)は、化学量論的不均衡の計算を用いて(すなわち、カロザーズ(Carothers)の式を用いて)第1のイミド化セグメントの所与の分子量に必要な第1の酸二無水物および第1のジアミンの求められる化学量論外の量を決めることにより、非常に厳密に設定することができる。そのような計算は、例えば、Principle of Polymerization,Third Edition,by George Odian,John Wiley and Sons,Inc.,New York (1991),p.82〜87などの多くのポリマーの教科書に記載されているとおりに行った。
【0055】
実施例のいくつかに例示しているとおり、選択された第1のイミド化セグメントの滴定分析により求めた数平均分子量は、化学量論的不均衡に基づいて計算した分子量と非常によく一致していた。
【0056】
本発明は、セグメント化溶融加工性半晶質ポリイミドコポリマーおよびそれらの前駆体であるセグメント化ポリイミド/ポリアミド酸コポリマーの両方を含む。アミド酸セグメントの対応するイミド化セグメントへの変換は、当業者には知られている熱イミド化および/または化学的イミド化を用いて行うことができる(以下の項を参照)。
【0057】
多くの教科書および他の参照文献(例えば、Polyimides,edited by D.Wilson,H.D.Stenzenberger,andP.M.Hergenrother,Blackie,USA: Chapman and Hall,New York,1990を参照)に例示されているとおり、1以上の二無水物と1以上のジアミンとの溶液中での反応により、最初にポリ(アミド酸)が生じる。典型的な反応温度は室温から約100℃である。続いて、ポリ(アミド酸)を高温(例えば約200〜400℃)に加熱する、および/またはポリ(アミド酸)をトリエチルアミンと無水酢酸との組合せなどの試薬を用いて化学的イミド化にかけることにより、生じたポリ(アミド酸)を対応するポリイミド(および水)に変換することができる。
【0058】
【表1】

Figure 0004031241
【0059】
【表2】
Figure 0004031241
【0060】
【表3】
Figure 0004031241
【0061】
【表4】
Figure 0004031241
【0062】
その他
ポリ(アミド酸)=ポリアミド酸=酸二無水物とジアミンとの最初の反応生成物であって、ポリイミドの前駆体。
【0063】
【実施例】
(実施例1〜21および比較例1〜4)
一般
ブロックコポリイミドは全て米国特許第5202412号に開示されている一般的合成法を用いて合成した。用いた酸二無水物およびジアミンは全て高純度ポリマー等級であった。無水N−メチル−2−ピロリジノン(NMP)を溶媒として用いた。芳香族炭化水素混合物(Aromatic 150、Exxon)をこれらのコポリイミドを合成する際の共沸剤として用いた。比較例のためのランダムコポリイミドを合成するためにも同じモノマー、溶媒などを用いた。それらを用いる前に、全てのモノマーは、ジアミンについては40〜50℃、酸二無水物については160℃で終夜乾燥し、次いでびんに入れてこれを密封し、デシケーター中で保存した。以下に報告するGPC分子量は相対値である。
【0064】
(実施例1)
柔軟性ブロック(「A」ブロック)分子量が約10000g/モル(PIとして)のキャッピングされていないODPA/APB−133(50)//BPDA/APB−134(50)ブロックコポリイミドの合成を下記のとおりに行った。得られたサンプルはキャッピングされていないブロックコポリイミドであった。
【0065】
撹拌機、窒素流入口、ディーンスタークトラップ/冷却器、および温度計(約250℃までの目盛付き)を備えた、乾燥した250mlの4頚丸底フラスコを組み立て、反応順序開始の直前にヒートガンを用いて乾燥した。反応フラスコに8.1290gのODPAおよびNMP(30ml)を加え、緩やかな撹拌を開始した。APB−133(7.2389g)をふた付き容器に秤量し、NMP(30ml)を加え、混合物をAPB−133が全て溶解するまで撹拌した。次いで、得られたジアミン溶液を、反応フラスコに緩やかに撹拌しながら加えた。NMP(10ml)を用いて容器を洗浄し、得られた洗液をフラスコに加えた。(工程#3終了時の加えたNMP全容量(ml)は70mlで、混合物は約17.5%が固体であった。)
得られた反応混合物を30分間にわたって撹拌した。
【0066】
ディーンスタークトラップをAromatic 150液(Exxon)で完全に満たした。アルミホイルを断熱材としてディーンスタークトラップの周りに巻き付けた。Aromatic 150液(8ml)を容器中の反応混合物に加え、得られた反応混合物を180℃で約90分間加熱した。反応温度を180℃で3時間維持し、その間、冷却器から凝縮液が一定速度で滴下し、水がディーンスタークトラップに回収された。
【0067】
反応器内を通過する窒素気流を増大させ(約2倍)、フラスコの関係する部分をヒートガンで約5分間加熱してフラスコ内部に付着した凝結物を除去し、次いで窒素気流の速度を通常に戻した。反応フラスコが45℃に冷えるまで加熱を停止し、次いで反応混合物を終夜60〜70℃に保持した。(以後のこの実施例に関係する全ての実施例では、この時点で、より低い設定で熱をかけて反応混合物を45℃に保ち、後述するBPDA/APB−134の追加を同じ日に45℃の温度が確立された後に行った。)
【0068】
BPDA(7.4964g)ならびに14mlのNMP(洗浄液として)を反応混合物に緩やかに撹拌しながら加えた。APB−134(7.8708g)を栓付き容器に秤量し、NMP(25ml)を加え、得られた混合物を溶液となるまで撹拌した。この溶液は滴下するまで栓をしたままにした。APB−134溶液を、滴下漏斗を用いて撹拌中の反応混合物に30分かけて滴下した。滴下終了時に、NMP(10ml)を用いて栓付き容器を洗浄し、洗液を反応混合物に加えた。(この時点での反応混合物のおよその容量は150mlであった。合計119mlのNMPを添加した。)滴下完了後、反応混合物を45℃で1時間にわたって撹拌し、次いで室温でさらに終夜にわたって撹拌した。得られた中間生成物、ポリイミド/ポリアミド酸コポリマーを集め、乾燥した栓付き容器に保存した。
【0069】
中間体ポリイミド/ポリアミド酸としてのこのサンプルに関するGPC分子量測定により、次の結果を得た:M=352KおよびM=162K。
【0070】
前述の中間体ポリイミド/ポリアミド酸溶液サンプルを、ウェーハー上にスピンコーティングし、大気中135℃で30分間予備焼き付けし、窒素中350℃で60分間焼き付けし、ウェーハー支持体を腐食除去し、薄膜を水で洗浄し、次いで乾燥することによりポリイミド薄膜サンプルに変換して、特徴付け(characterization)試験に適した最終ポリイミド薄膜サンプルを得た。このポリイミド薄膜は1回目のDSCスキャンで融点367℃を示した。
【0071】
(注釈:実施例1では、APB−134添加後の最初の反応混合物はゲル化してゴム状の稠性を示した。これを固体分約20重量%から約15重量%に希釈してスピンコーティングがうまくいく溶液とした。)
(実施例2)
「A」ブロックのサイズが10KのODPA/APB−133(40)//BPDA/APB−134(60)ブロックコポリイミド(キャッピングされていない)の合成を、実施例1の記載と類似の様式で、モノマーの量を次のとおりに調整して行った:ODPAを8.1277g;APB−133を7.2378g;BPDAを11.3505g;およびAPB−134を11.6993g。最初の反応混合物(BPDAおよびAPB−134を添加し、45℃に加熱した後)は粘性が高かった。これを20mlの無水NMPで希釈し、中等度の粘性の反応混合物として、これをうまくスピンコーティングして特徴付けのためのポリイミド薄膜サンプルを作成した(実施例1と同様)。このポリイミド薄膜は1回目のDSCスキャンで融点375℃を示した。
【0072】
中間体ポリイミド/ポリアミド酸としてのこのサンプルのGPC分子量分析により、次の結果を得た:M=393KおよびM=183K。
【0073】
(実施例3)
「A」ブロックのサイズが5KのODPA/APB−133(50)//BTDA/APB−134(50)ブロックコポリイミド(キャッピングされていない)の合成を、実施例1の記載と類似の様式で、モノマーの量を次のとおりに調整して行った:ODPAを8.3460g;APB−133を7.0210g;BTDAを7.6144g;およびAPB−134を7.7540g。反応混合物(BTDAおよびAPB−134を添加し、45℃に加熱した後)を室温で週末の間にわたって撹拌し、中等度の粘性の溶液として、これを直接スピンコーティングして(実施例1と同様)特徴付けのためのポリイミド薄膜サンプルとした。このポリイミド薄膜は1回目のDSCスキャンで低融点358℃および高融点391℃を示した。
【0074】
中間体ポリイミド/ポリアミド酸としてのこのサンプルのGPC分子量分析により、次の結果を得た:M=98KおよびM=50K。
【0075】
(比較例1)
「A」ブロックのサイズが5KのODPA/APB−133(50)//PMDA/APB−133(50)ブロックコポリイミド(キャッピングされていない)の合成を、実施例1の記載と類似の様式で、モノマーの量を次のとおりに調整して行った:ODPAを8.3462g;APB−133(第1のジアミンとして)を7.0201g;PMDAを5.8130g;およびAPB−133(第2のジアミンとして)を8.6354g。ポリイミド/ポリアミド酸反応混合物(第2のジアミンおよび第2の酸二無水物を添加し、45℃に加熱した後)を通常の様式で終夜にわたって撹拌し、中等度の粘性の溶液として、これを直接スピンコーティングして(実施例1と同様)特徴付けのためのポリイミド薄膜サンプルとした。このポリイミド薄膜は1回目のDSCスキャンで融点を示さなかった。
【0076】
中間体ポリイミド/ポリアミド酸としてのこのサンプルのGPC分子量分析により、次の結果を得た:M=64.8KおよびM=29.7K。
【0077】
(比較例2)
「A」ブロックのサイズが5Kの6FDA/APB−133(50)//BPDA/4,4′−ODA(50)ブロックコポリイミド(キャッピングされていない)の合成を、実施例1の記載と類似の様式で、モノマーの量を次のとおりに調整して行った:6FDAを9.5367g;APB−133(第1のジアミンとして)を5.8308g;BPDAを8.5340g;および4,4′−ODA(第2のジアミンとして)を6.1188g。ポリイミド/ポリアミド酸反応混合物(第2のジアミンおよび第2の酸二無水物を添加し、45℃に加熱した後)を通常の様式で終夜にわたって撹拌し、中等度の粘性の溶液として、これを直接スピンコーティングして特徴付けのためのポリイミド薄膜サンプルとした。このポリイミド薄膜は1回目のDSCスキャンで融点を示さなかった。
【0078】
中間体ポリイミド/ポリアミド酸としてのこのサンプルのGPC分子量分析により、次の結果を得た:M=118KおよびM=33.9K。
【0079】
(比較例3)
「A」ブロックのサイズが5KのODPA/APB−133(50)//DSDA/APB−134(50)ブロックコポリイミド(キャッピングされていない)の合成を、実施例1の記載と類似の様式で、モノマーの量を次のとおりに調整して行った:ODPAを8.3450g;APB−133(第1のジアミンとして)を7.0224g;DSDAを7.9973g;およびAPB−134(第2のジアミンとして)を7.3693g。ポリイミド/ポリアミド酸反応混合物(第2のジアミンおよび第2の酸二無水物を添加し、45℃に加熱した後)を通常の様式で終夜にわたって撹拌し、中等度の粘性の溶液として、、これを直接スピンコーティングして特徴付けのためのポリイミド薄膜サンプルとした。このポリイミド薄膜は1回目のDSCスキャンで融点を示さなかった。
【0080】
中間体ポリイミド/ポリアミド酸としてのこのサンプルのGPC分子量分析により、次の結果を得た:M=114KおよびM=59.1K。
【0081】
(比較例4)
「A」ブロックのサイズが5KのODPA/APB−133(50)//BPDA/PPD(50)ブロックコポリイミド(キャッピングされていない)の合成を、実施例1の記載と類似の様式で、モノマーの量を次のとおりに調整して行った:ODPAを8.3455g;APB−133(第1のジアミンとして)を7.0210g;BPDAを11.0088g;およびPPD(第2のジアミンとして)を4.3589g。ポリイミド/ポリアミド酸反応混合物(第2のジアミンおよび第2の酸二無水物を添加し、45℃に加熱した後)を通常の様式で終夜にわたって撹拌し、中等度の粘性の溶液として、、これを直接スピンコーティングして特徴付けのためのポリイミド薄膜サンプルとした。このポリイミド薄膜は1回目のDSCスキャンで融点を示さなかった。
【0082】
中間体ポリイミド/ポリアミド酸としてのこのサンプルのGPC分子量分析により、次の結果を得た:M=238KおよびM=118K。
【0083】
(実施例4)
示差走査熱量測定(DSC)を用いて(前述の実施例および比較例に示すとおり)、前述の実施例1〜3に示す3つのブロックコポリイミドサンプル、ならびに前述の比較例1〜4に一部を示した約15〜20の他のブロックコポリイミドの熱挙動を特徴付けた。各サンプルについて、20℃/分の走査速度で室温から500℃までのDSCスキャンを1回行った。個々の実施例に記載のとおり、実施例1〜3のブロックコポリイミドサンプルはそれぞれDSC融点挙動を示し(すなわち、DSCトレースで特徴的な融点曲線を示し)、これらブロックコポリイミドそれぞれが半晶質の性質を有することが判明した。それとは著しく異なり、他の15〜20のサンプル群(比較例1〜4のサンプルを含む)ではDSC融点挙動を示すものはなく、それらが基本的に非晶質の性質を有することが明らかであった。
【0084】
(実施例5)
柔軟性ブロック(「A」ブロック)分子量が約10000g/モル(PIとして)のキャッピングされたODPA/APB−133(50)//BPDA/APB−134(50)ブロックコポリイミドの合成を、以下に記載のとおりに実施した。
【0085】
全てのモノマーは、ジアミンについては40〜50℃で、二無水物については160℃で終夜乾燥し、次いでびんに入れてこれを密封し、デシケーター中で保存した。撹拌機、窒素流入口、ディーンスタークトラップ/冷却器、および温度計(約250℃までの目盛付き)を備えた、乾燥した250mlの4頚丸底フラスコを組み立て、反応順序開始の直前にヒートガンを用いて乾燥した。反応フラスコに8.1288gのODPAおよびNMP(30ml)を加え、緩やかな撹拌を開始した。APB−133(7.2371g)をふた付き容器に秤量し、NMP(35ml)を加え、混合物をAPB−133が全て溶解するまで撹拌した。次いで、得られたジアミン溶液を、反応フラスコに緩やかに撹拌しながら加えた。NMP(5ml)を用いて容器を洗浄し、得られた洗液をフラスコに加えた。(上記工程終了時の加えたNMP全容量(ml)は70mlで、混合物は約17.5%が固体であった。)得られた反応混合物を30分間にわたって撹拌した。
【0086】
ディーンスタークトラップをAromatic 150液(Exxon)で完全に満たした。アルミホイルを断熱材としてディーンスタークトラップの周りに巻き付けた。Aromatic 150液(8ml)を容器中の反応混合物に加え、得られた反応混合物を180℃まで約90分かけて加熱した。反応温度を180℃で3時間にわたって維持し、その間、冷却器から凝縮液が一定速度で滴下し、水がディーンスタークトラップに回収された。反応器内を通過する窒素気流を増大させ(約2倍)、フラスコの関係する部分をヒートガンで約5分間加熱してフラスコ内部に付着した凝結物を除去し、次いで窒素気流の速度を通常の初期速度に戻した。反応フラスコが45℃に冷えるまで加熱を停止し、次いでより低い設定で熱をかけて反応混合物を45℃に保った。BPDA(7.2710g)ならびに10mlのNMP(洗浄液として)を反応混合物に緩やかに撹拌しながら加え、撹拌を10分間続けた。次いで無水フタル酸(PA、0.2264g)を、4mlのNMPを洗浄液に用いて反応混合物に加えた。APB−134(7.8710g)を栓付き容器に秤量し、NMP(30ml)を加え、得られた混合物を溶液となるまで撹拌した。この溶液は滴下するまで栓をしたままにした。前述のAPB−134溶液を、滴下漏斗を用いて、撹拌中の反応混合物に30分かけて滴下した。滴下終了時に、NMP(10ml)を用いて栓付き容器を洗浄し、洗液を反応混合物に加えた(この時点での反応混合物のおよその容量は150mlであった。合計119mlのNMPを添加した)。滴下完了後、反応混合物を45℃で1時間にわたって撹拌し、次いで室温でさらに終夜にわたって撹拌した。得られた中間生成物である、約20重量%の固体を含むポリイミド/ポリアミド酸コポリマー溶液を集め、乾燥した栓付き容器に保存した。このポリイミド/ポリアミド酸反応混合物は中等度の粘性を有するものであった。これを以下に示す方法を用いて化学的にイミド化し、DSC分析(前述の性質を提供するため)に向けたブロックコポリイミドのポリイミド粉末サンプルを得た。
【0087】
用いた化学的イミド化法を以下に示す。窒素パージング(流入/流出口)および撹拌機を備えた化学的イミド化用の100ml反応容器(フラスコ+ヘッド)を組み立てた。(通常はこれらの2〜4つを同時に行った。)前述のブロックPI/PAAコポリイミドサンプル(50.0g)を反応容器に加えた。2つの清浄で乾燥した10mlメスピペット(0.02mlの目盛付き)を用い、1つは無水酢酸を秤量し、もう1つはトリエチルアミンを秤量した。コポリイミドサンプルを中等度に撹拌しながら、指定された量(下記)の無水酢酸(AA)を反応混合物に加えた。反応混合物は混濁した。澄明で均質な反応混合物が得られるまで室温で撹拌を続けた。撹拌を続けながら、指定された量のトリエチルアミン(EtN)を反応混合物に加えた。(トリエチルアミンを加えると直後に沈殿が生じた。)撹拌を室温で約6時間(または終夜)続け、この間、反応混合物中に生じた塊を定期的に崩した。
【0088】
反応混合物を、電力をかけたワーリングブレンダー内のメタノール中に注ぎ、ポリイミドの沈殿を生じさせた。得られた沈殿を、ろ紙をつけたブフナー漏斗を用い、減圧濾過によって集めた。得られた固体を連続2夜にわたって乾燥した。第1夜はサンプルを減圧乾燥器中、100℃で乾燥した。第2夜は約200〜210℃に設定した減圧乾燥器中で最終乾燥を行った。最終乾燥後、大きい塊があれば全て崩して、妥当な均質性の粉末を得た。得られた粉末サンプルを分析および特徴付けに用いた。
【0089】
実施例5で用いた化学的イミド化試薬の量を以下に示す。
【0090】
【表5】
Figure 0004031241
【0091】
このポリイミドサンプルは、1回目のDSCスキャンで融点374℃および融解熱11.4J/gを示した。2回目および3回目のDSCスキャン中には融点を示さず、したがって、回復可能な半晶性は示さなかった。
【0092】
(実施例6〜13)
以下に挙げた他の8つのキャッピングされたブロックコポリイミドの合成を、前述の実施例5と同様の様式で、使用する化学的イミド化試薬の量およびモノマーの量だけは次のとおりに調整して行った。
【0093】
【表6】
Figure 0004031241
【0094】
【表7】
Figure 0004031241
【0095】
【表8】
Figure 0004031241
【0096】
(実施例14)
実施例5〜13からの粉末ポリイミドサンプルをそれぞれDSC分析にかけて、サンプルの融点、ガラス転移、および結晶化特性をその構造上の特徴と関連付けて決定した。1回目の500℃までのDSC分析は、反復スキャンDSC分析中のサンプルの適当な上限温度(Tul)を決定するために行った。このTulは、それよりも高温では明らかな分解が起こる温度よりも低いが、全ての著明な転移(融解、ガラス転移など)の温度よりも高くなるように選択した。それぞれの場合に、反復スキャンDSCのために元のサンプルは廃棄して代わりに新しいサンプルを用いた。
【0097】
次いで、反復スキャンDSCを次の様式で行った:
1)室温からTulまで10℃/分で1回目の加熱スキャン。
2)Tulから室温まで10℃/分で低速冷却スキャン。
3)室温からTulまで10℃/分で2回目の加熱スキャン。
4)Tulから室温まで非制御の急冷スキャン。
5)室温から500℃まで10℃/分で3回目の加熱スキャン。
【0098】
サンプルは、全て1回目のDSCスキャン中に1回目のDSC融点挙動を示し(下記の1回目加熱)、これらのコポリイミドは半晶質であることが明らかとなった。Aブロック対Bブロックの比が30:70または20:80のブロック組成物だけが所望の回復可能な半晶性を示すことが判明し、これらのサンプルではDSC融解挙動が3回のスキャン(1回目加熱、2回目加熱、および3回目加熱)全てで見られ、サンプルが溶融物から結晶化できることを示している。
【0099】
これらのコポリイミドについて測定した特定の性質を以下に示す。
【0100】
【表9】
Figure 0004031241
【0101】
実施例10〜13のコポリイミドは1回目冷却スキャンおよび/または2回目加熱スキャン中にもかなりの大きさの結晶化ピークを示した。ピークは286〜318℃の範囲で見られ、融解熱は13〜18.1ジュール/グラムの範囲であった。
【0102】
(実施例15)
選択されたブロックおよびランダムコポリイミドサンプルを、キャピラリーレオメーターを用い、溶融粘度について特徴付けた。測定は100、200、500、1000、および2000秒−1の5つの異なるずり速度で行った。通常は1つのずり速度で2回の測定を行い、その速度は通常は1000秒−1であった。代表的ブロックおよびランダムコポリイミドで得られた結果を以下に示す。
【0103】
【表10】
Figure 0004031241
【0104】
これらの溶融粘度測定により、ずり速度500/秒で見かけ粘度100Pa.Sを示す、M=約60KのODPA/APB−133//BPDA/APB−134ブロックコポリイミドは、添加剤をまったく加えず溶融加工性であるために十分低い溶融粘度を有するという重要な結果が示された。
【0105】
(比較例5)
6モル%の無水フタル酸エンドキャップを有するODPA(20)/BPDA(80)/APB−133(20)/APB−134(80)ランダムコポリイミドの合成とDSC融解挙動および溶融粘度についての特徴付けを、前述の対応するブロックコポリイミドとの比較のために行った。このランダムテトラポリイミドの合成を下記のとおりに行った。
【0106】
全てのモノマーは、ジアミンについては40〜50℃で、酸二無水物については160℃で終夜にわたって乾燥し、次いでびんに入れてこれを密封してテープを巻き、デシケーター中で保存した。撹拌機、窒素流入口、ディーンスタークトラップ/冷却器、および温度計(約250℃までの目盛付き)を備えた、乾燥した250mlの4頚丸底フラスコを組み立て、反応順序開始の直前にヒートガンを用いて乾燥した。反応フラスコにNMP(60ml)を加え、緩やかな撹拌を開始した。撹拌中の反応混合物にODPA(8.2006g)およびBPDA(29.6316g)を粉末で加えてスラリーとして、10mlのNMPを洗浄液として用いて酸二無水物の粉末サンプルを反応フラスコに全て移した。APB−133(7.1654g)およびAPB−134(30.9160g)のNMP(170ml)溶液を調製し、滴下の準備をした滴下漏斗に加えた。無水フタル酸(0.9227g)およびNMP(洗浄液として10ml)を撹拌中の反応混合物に加え、その後ただちに次の工程を行った。前述のジアミン溶液を撹拌中の反応混合物に10〜20分かけて加えた。追加のNMP(5ml)を洗浄液として加えた。(合計298mlのNMPを加えた。およその反応混合物容量は374mlであった。)得られたポリアミド酸混合物を室温で終夜にわたって撹拌した。ポリアミド酸混合物のGPC分析により、次の分子量データを得た:M=94.8KおよびM=180K。
【0107】
得られた中間体ポリイミド/ポリアミド酸混合物のサンプルを、6.35mlの無水酢酸および9.39mlのトリエチルアミンを用いて前述の化学的イミド化にかけ、このランダムコポリイミドの固体粉末サンプルを得た。このランダムコポリイミドはDSC分析により、1回目のDSCスキャンで融点326℃および融解熱11.9J/gであることが判明した。融点DSC曲線は非常に広幅(相当するブロックコポリイミドと比べて)であった。2回目および3回目スキャンでは融点挙動は観察されず、このランダムコポリイミドは回復可能な半晶性を示さないことが明らかとなった。1回目のスキャンにおける融点挙動で証明されるとおり、最初の半晶性は有している。
【0108】
(比較例6)
BPDA/APB−134/PAを98/100/4としたポリイミドの調製(8%の化学量論的な酸二無水物)
BPDA(14.414g、0.04899モル)およびDMAC(175ml)を混合してスラリーを形成した(BPDAのDMACへの溶解性は非常に低い)。撹拌しながらスラリーにPA(0.296g)を加え、次いで撹拌中のスラリーにAPB−134(14.617g、0.05モル)を加えた。得られた混合物を室温で終夜にわたって撹拌してBPDA/APB−134/PAのポリアミド酸溶液として、以下の特徴を有していることが確認された。インヘレント粘度=ηinh=0.86デシリットル/グラム(dl/g)。
【0109】
前述のポリアミド酸溶液を以下の方法を用いて化学的にイミド化し、PAでエンドキャッピングされたBPDA/APB−134ホモポリイミドとした。前述のポリアミド酸溶液に撹拌しながらTEA(0.72ml)およびAA(1.08ml)を加え、得られた混合物を30℃で18時間にわたって撹拌したところ、30℃で約1時間後にサンプルのゲル化が認められた。得られたポリイミドを、ワーリングブレンダーに入れたメタノール中、500mlのメタノールに対しポリマー溶液約10gの比を用いて単離した。濾過後、500mlのメタノールによる追加のワーリングブレンダー処理を行い、続いて窒素および減圧下、200℃で一定の重量になるまで乾燥した。
【0110】
得られたポリイミドをDSCで特徴付けた。DSC試験は室温から最低410℃までの加熱スキャンを3回と、続いて各加熱スキャンの間の冷却スキャンにより実施した。各スキャンについてガラス転移温度(T)、結晶化温度(T)、および融点(T)を測定した。結晶化温度は結晶化転移のDSC出力のピークとし、融点は融解転移のDSC出力のピークとした。このBPDA/RODAホモポリイミドに関して、T測定値は2回目加熱では403℃、1回目加熱では404℃であった。T測定値は200℃(2回目加熱)および218℃(3回目加熱)であり、T(2回目加熱)測定値は222℃であった。このエンドキャッピングされたホモポリイミドは半晶質で回復可能な半晶性を示す(2回目および3回目熱スキャンで観察された融点により証明されている)が、その400℃を超える融点は溶融加工性とするには高すぎる。したがってこれは比較例である。
【0111】
(実施例16〜19)
一般
本実施例は、選択された他のブロックコポリイミドが半晶質で、390℃未満の融点ならびに回復可能なDSC融点挙動を示すことを例示する。最初に合成して試験した他の約25の、異なるモノマーおよびA:Bブロック比を有するキャッピングされたブロックコポリイミド組成物群から、次の4つがDSC(示差走査熱量測定)分析により半晶質ポリイミドであり、所望の融点範囲内で所望の回復可能なDSC融点挙動を示すことが判明した。回復可能なDSC融点挙動は、ポリマーサンプルが望まれるとおり溶融物から再結晶可能であることの重要な指標である。これらのブロックコポリイミドはそれぞれ、米国特許第5202412号に記載の合成法を用いてポリイミド/ポリアミド酸ブロックコポリマーの溶液として得られ、エンドキャッピングは通常無水フタル酸により化学量論上の97%までであった。得られたPI/PAA溶液を化学的イミド化にかけて、加工および乾燥後にポリイミド粉末サンプルとして、、これをDSC分析にかけて以下に示す熱特性(T、T、およびTなど)を得た。
【0112】
【表1】
Figure 0004031241
上の4つのブロックコポリイミドの合成を実施例16〜19に示す。
【0113】
(実施例16)
柔軟性ブロック(「A」ブロック)分子量が7500g/モル(PIとして)のキャッピングされたBPDA/APB−133(20)//BPDA/APB−134(80)ブロックコポリイミドの合成を、以下に記載のとおりに実施した。サンプルを酸二無水物における化学量論の97モル%とし、6モル%の無水フタル酸でエンドキャッピングした。合成を行うために以下の工程を実施した。
【0114】
全てのモノマーは、ジアミンについては40〜50℃で、酸二無水物については160℃で終夜乾燥し、次いでびんに入れてこれを密封し、デシケーター中で保存した。撹拌機、窒素流入口、ディーンスタークトラップ/冷却器、および温度計(約250℃までの目盛付き)を備えた、乾燥した500mlの4頚丸底フラスコを組み立て、反応順序開始の直前にヒートガンを用いて乾燥した。500mlのフラスコ内で最初の反応容量約85mlに温度計がつかるように装置を調節した。反応フラスコにBPDA(7.9896g)およびNMP(30ml)を加え、緩やかな撹拌を開始した。
【0115】
APB−133(7.37711g)をふた付き容器に秤量し、NMP(35ml)を加え、混合物をAPB−133が全て溶解するまで撹拌した。次いで、得られたジアミン溶液を、反応フラスコに緩やかに撹拌しながら加えた。NMP(5ml)を用いて容器を洗浄し、得られた洗液をフラスコに加えた。(上記工程終了時の加えたNMP全容量(ml)は70mlで、混合物は約17.5%が固体であった。)得られた反応混合物を30分間にわたって撹拌した。
【0116】
ディーンスタークトラップをAromatic 150液(Exxon)で完全に満たした。アルミホイルを断熱材としてディーンスタークトラップの周りに巻き付けた。Aromatic 150液(8ml)を容器中の反応混合物に加え、得られた反応混合物を180℃まで約90分かけて加熱した。反応温度を180℃で3時間維持し、その間、冷却器から凝縮液が一定速度で滴下し、水がディーンスタークトラップに回収された。反応器内を通過する窒素気流を増大させ(約2倍)、フラスコの関係する部分をヒートガンで約5分間加熱してフラスコ内部に付着した凝結物を除去し、次いで窒素気流の速度を通常の初期速度に戻した。反応フラスコが45℃に冷えるまで加熱を停止し、次いでより低い設定で熱をかけて反応混合物を45℃に保った。BPDA(29.6327g)ならびに110mlのNMP(洗浄液として)を反応混合物に緩やかに撹拌しながら加え、撹拌を10分間続けた。次いで無水フタル酸(PA、0.9227g)を、10mlのNMPを洗浄液に用いて反応混合物に加えた。APB−134(30.9154g)を栓付き容器に秤量し、NMP(100ml)を加え、得られた混合物を溶液となるまで撹拌した。この溶液は滴下するまで栓をしたままにした。前述のAPB−134溶液を滴下漏斗を用いて撹拌中の反応混合物に5〜10分かけて滴下した。滴下終了時に、NMP(8ml)を用いて栓付き容器を洗浄し、洗液を反応混合物に加えた。(この時点での反応混合物のおよその容量は374mlであった。合計298mlのNMPを添加した。)滴下完了後、反応混合物を45℃で1時間にわたって撹拌し、次いで室温でさらに終夜にわたって撹拌した。得られた中間生成物である、約20重量%の固体を含むポリイミド/ポリアミド酸コポリマー溶液を集め、乾燥した栓付き容器に保存した。このポリイミド/ポリアミド酸反応混合物は中等度の粘性を有するものであった。これを以下に示す方法を用いて化学的にイミド化し、DSC分析(前述の性質を提供するため)に向けたブロックコポリイミドのポリイミド粉末サンプルを得た。
【0117】
用いた化学的イミド化法を以下に示す。窒素パージング(流入/流出口)および撹拌機を備えた化学的イミド化用の100ml反応容器(フラスコ+ヘッド)を組み立てた。(通常はこれらの2〜4つを同時に行った。)前述のブロックPI/PAAコポリイミドサンプル(50.0g)を反応容器に加えた。2つの清浄で乾燥した10mlメスピペット(0.02mlの目盛付き)を用い、1つは無水酢酸を秤量し、もう1つはトリエチルアミンを秤量した。コポリイミドサンプルを中等度に撹拌しながら、指定された量(下記)の無水酢酸(AA)を反応混合物に加えた。反応混合物は混濁した。澄明で均質な反応混合物が得られるまで室温で撹拌を続けた。撹拌を続けながら、指定された量のトリエチルアミン(EtN)を反応混合物に加えた。(トリエチルアミンを加えると直後に沈殿が生じた。)撹拌を室温で約6時間(または終夜)続け、この間、反応混合物中に生じた塊を定期的に崩した。
【0118】
反応混合物を、電力をかけたワーリングブレンダー内のメタノール中に注ぎ、沈殿を生じさせた。得られた沈殿を、ろ紙をつけたブフナー漏斗を用い、減圧濾過によって集めた。得られた固体を連続2夜乾燥した。第1夜はサンプルを減圧乾燥器中、100℃で乾燥した。第2夜は約200〜210℃に設定した減圧乾燥器中で最終乾燥を行った。最終乾燥後、大きい塊があれば全て崩して、妥当な均質性の粉末を得た。得られた粉末サンプルを分析および特徴付けに用いた。
【0119】
実施例16で用いた化学的イミド化試薬の量を以下に示す。
【0120】
【表12】
Figure 0004031241
【0121】
(実施例17〜19)
この一連の実施例(上記)における他の3つのキャッピングされたブロックコポリイミドの各合成を、前述の実施例16と同様の様式で、ブロックPI/PAAの合成に使用するモノマーの量および化学的イミド化試薬の量だけは次のとおりに調整して行った。
【0122】
【表13】
Figure 0004031241
【0123】
【表14】
Figure 0004031241
【0124】
(実施例20)
実施例16〜19からの粉末ポリイミドサンプルをそれぞれDSC分析にかけて、サンプルの融点、ガラス転移、および結晶化特性をその構造上の特徴と関連付けて決定した。1回目のDSC分析は、反復スキャンDSC分析中のサンプルの適当な上限温度(Tul)を決定するために行った。このTulは、それよりも高温では明らかな分解が起こる温度よりも低いが、全ての著明な転移(融解、ガラス転移など)の温度よりも高くなるように選択した。それぞれの場合に、反復スキャンDSCのために元のサンプルは廃棄して代わりに新しいサンプルを用いた。
【0125】
次いで、反復スキャンDSCを次の様式で行った:
1)室温からTulまで10℃/分で1回目の加熱スキャン。
2)Tulから室温まで10℃/分で低速冷却スキャン。
3)室温からTulまで10℃/分で2回目の加熱スキャン。
4)Tulから室温まで急冷スキャン。
5)室温から500℃まで10℃/分で3回目の加熱スキャン。
【0126】
この一連のブロックコポリイミドのDSC試験結果を以下に要約して示す。試験した多くのブロック組成物(約25)のうちの少数だけがDSC分析により半晶質であると判明し、所望の回復可能なDSC融点挙動も示したのはさらに少なかった。さらに、これらのブロックコポリイミドは速い再結晶速度論を示すことが明らかとなり、これは大きな利点となりうる。これらのブロックコポリイミドのガラス転移温度(T)は、先の実施例に記載のODPA/APB−133//BPDA/APB−134ブロックコポリイミドサンプルまたは比較例に記載のランダムコポリイミドよりも幾分高い。
【0127】
これらのコポリイミドについて測定した特定の性質を以下に示す。
【0128】
【表15】
Figure 0004031241
【0129】
前述のキャッピングされたブロックコポリイミドサンプルはそれぞれ、回復可能なDSC融解挙動を示すことが判明し、約380℃で最も顕著であった(融解熱/ポリマー重量(g)で測定)。この挙動は、これらのコポリイミドがそれぞれ、溶液から最初に得られる際に半晶質であり、さらに溶融加工性のPIに対して望まれるとおり溶融物から結晶化することを示すものである。(BPDA/APB−134を「B」ブロックとして含むこれらのブロックコポリイミドとは対照的に、対応するBPDA/APB−134のホモポリイミドは融点が400℃を超える−比較例6を参照。)
【0130】
(比較例7)
6モル%の無水フタル酸エンドキャップ(化学量論的な酸二無水物の97%)を有するBPDA/APB−133(20)/APB−134(80)ランダムコポリイミドの合成とDSC融解挙動および溶融粘度についての特徴付けを、前述の対応するブロックコポリイミドとの比較のために行った。このランダムテトラポリイミドの合成を下記のとおりに行った。
【0131】
全てのモノマーは、ジアミンについては40〜50℃で、酸二無水物については160℃で終夜乾燥し、次いでびんに入れてこれを密封してテープを巻き、デシケーター中で保存した。撹拌機、窒素流入口、ディーンスタークトラップ/冷却器、および温度計(約250℃までの目盛付き)を備えた、乾燥した250mlの4頚丸底フラスコを組み立て、反応順序開始の直前にヒートガンを用いて乾燥した。反応フラスコにNMP(100ml)を加え、緩やかな撹拌を開始した。撹拌中の反応混合物にBPDA(18.8119g)を粉末で加えてスラリーとして、、10mlのNMPを洗浄液として用いて酸二無水物の粉末サンプルを反応フラスコに全て移した。APB−133(3.6878g)およびAPB−134(15.4582g)のNMP(60ml)溶液を調製し、滴下の準備をした滴下漏斗に加えた。無水フタル酸(0.4614g)およびNMP(洗浄液として4ml)を撹拌中の反応混合物に加え、その後ただちに次の工程を行った。前述のジアミン溶液を撹拌中の反応混合物に10〜20分かけて加えた。追加のNMP(8ml)を洗浄液として加えた。(合計149mlのNMPを加えた。およその反応混合物容量は187mlであった。)
【0132】
得られたポリアミド酸混合物を室温で終夜にわたって撹拌した。ポリアミド酸混合物のGPC分析により、次の分子量データを得た:M=49.2KおよびM=142K。
【0133】
得られた中間体ポリイミド/ポリアミド酸混合物のサンプルを、5.19mlの無水酢酸および7.67mlのトリエチルアミンを用いて前述の化学的イミド化にかけ、このランダムコポリイミドの固体粉末サンプルを得た。このランダムコポリイミドはDSC分析により、1回目のDSCスキャンで融点352℃および融解熱21.1J/gであることが判明した。融点DSC曲線は非常に広幅(相当するブロックコポリイミドと比べて)であった。2回目のDSC加熱スキャンにおいて、融点は348℃であったが、融解熱は3.0J/gまで劇的に低下した。3回目加熱スキャンでは融点挙動はまったく認められなかった。したがって、このコポリイミドは、半晶質である(1回目のスキャンおよび2回目のスキャンにおける一部の融解挙動によって証明された)が、著しい回復可能な半晶性は示さないと特徴付けられた。
【0134】
(実施例22〜27)
これらの実施例は、下記の配列重合を達成するための別法を用いて合成した、回復可能な結晶性を有するブロックコポリイミドを例示する。6つのブロックコポリイミドを、ODPA、BPDA、APB−133、およびAPB−134を含む酸二無水物およびジアミン成分を用いて調製した。無水フタル酸エンドキャッピングは用いなかった。
【0135】
配列重合法を用いたが、これはまず一連のODPA/APB−133の可溶性オリゴマーポリイミドを対応するポリアミド酸の熱イミド化により製造することからなる。アミノ官能基が過剰のこれらの物質1つずつを、一定量のBPDA/APB−134のポリアミド酸であって、化学量論量の98%のBPDAを含むポリアミド酸と別々に混合した。次いで、全ての過剰アミノ基を消費するために必要な量のBPDAを加えることによってコポリマーを形成した。得られたコポリマーはBPDA/APB−134の未変換のアミド酸鎖セグメントに連結されたODPA/APB−133のイミド化鎖セグメントで構成されていた。
【0136】
前述の部分的にイミド化されたブロックコポリマーを、無水酢酸およびトリエチルアミンを用いて全てイミド化されたブロックコポリイミドに完全に変換し、各コポリイミドをブレンダー内で過剰のアセトンにより粉末ポリイミド樹脂として単離した。生成物を200℃で窒素および減圧下、一定重量になるまで乾燥した後、さらに特徴付けおよび有用性の証明を行った。詳細を以下に示す。
【0137】
ODPA/APB−133の調製−パートA
窒素充填グローブボックス内で、APB−133の溶液に下記の量のODPAを撹拌しながら加えた。反応混合物を3時間にわたって撹拌し、次いでまず試薬等級のキシレン40mlを加え、還流下で撹拌後、イミド化の水がディーンスタークトラップに回収された。キシレンをストリッピング除去後、得られたオリゴマーイミドは可溶性であった。
【0138】
【表16】
Figure 0004031241
【0139】
BPDA/APB−134の調製−パートB
各オリゴマーイミド調製物(パートA)に対し、以下のポリアミド酸を製造した。窒素充填グローブボックス内で、一定量(23.287g)のAPB−134を277mlの無水NMPに溶解した。この溶液に、23.066グラムのBPDAを撹拌しながら20分かけて加えた。混合物を終夜にわたって撹拌すると、澄明なポリアミド酸が得られた。
【0140】
ブロックコポリアミド酸/イミドの調製−パートC
パートAの各ポリイミドオリゴマーサンプルをパートBのポリアミド酸サンプルの1つと組み合わせた。下記に示すとおり、必要な量のBPDAをNMPと共に加え、得られた反応混合物を4時間にわたって撹拌して、6つコポリアミド酸/イミド(実施例22〜27からのサンプル)を得た。
【0141】
【表17】
Figure 0004031241
【0142】
全てイミド化されたブロックコポリイミドの調製−パートD
パートCの各コポリアミド酸/イミドを、そのそれぞれ100グラムをトリエチルアミン13mlおよび無水酢酸9mlと混合し、次いで反応混合物を窒素下で24時間放置することにより、全てイミド化されたブロック(配列)コポリイミドに化学的に変換した。生成物をブレンダー内、アセトン中で沈殿させた。濾過後、生成物をブレンダー内で中等度の濾過により2回アセトン洗浄した。それぞれの場合に、樹脂を減圧乾燥器内で窒素下200℃で一定の重量になるまで乾燥した。
【0143】
各サンプルをDSCで分析した。DSC分析はMettler TA 3000システムおよび大きいアルミニウム皿を用いて実施した。ポリマーは窒素下で乾燥を保ち、分析の直前に秤量した。サンプル重量は35から50mgの範囲で、40mgが好ましく、10分の1ミリグラムの位まで秤量した。サンプルにMettler装置でキャップをし、皿のキャップに小さい孔を開けた後、DSC分析を400℃まで10℃/分の速度で行った。皿と内容物をドライアイス中でただちに急冷した。次いでサンプルを窒素下で400℃まで同じ速度で加熱し、再度急冷した。3回目の試行が望ましい場合には、同じ加熱速度および最高温度を適用した。
【0144】
【表18】
Figure 0004031241
【0145】
結果が明らかに示すとおり、これらのブロック(配列)コポリイミドでは独特の回復可能な結晶性の保持が見られる。
【0146】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高い熱安定性、溶融加工性および回復可能な結晶化度といった特性を同時に有するポリイミドコポリマーを提供することが可能となる。本発明にもとづくコポリマーは、溶融加工性であるための適当に低い溶融粘度を本質的に有するか、または特定の添加物を加えることによって溶融加工性であるための適当に低い溶融粘度を有するようにすることが可能である。また、コポリマーの融点およびガラス転移温度の調整は、その分子構成を変えることによって達成することが可能である。したがって、本発明のポリイミドコポリマーは溶融物の状態で加工され物品を形成することが可能であり、加工された物品は、押出し成形品、ファイバー、フィルムおよび成形製品などの所定の形状を有する。また、多くの場合、本発明のコポリマーは溶融重合を経て製造することも可能であるため、製造工程において冗長で費用のかかる溶媒リサイクルが不必要となる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to selected block copolyimide compositions, each of which can be processed as a melt and is semi-crystalline. In a preferred embodiment, these block copolyimides exhibit crystallinity that can be recovered from the respective melt by cooling.
[0002]
[Prior art]
Polyimides, in particular, are thermally stable, inert properties (not normally soluble even in strong solvents), and high glass transition temperatures (TgA useful group of polymers characterized by The prior art discloses that the precursor has heretofore been a polyamic acid that can ultimately be in an imidized form by either chemical treatment or heat treatment.
[0003]
Polyimide has always found numerous applications in many industries that require the above-mentioned properties, and its applications continue to increase dramatically, especially in the field of electronic devices, especially as dielectrics. .
[0004]
Various aspects regarding polyimides and copolyimides can be found in numerous publications. For example, see the following publications:
[0005]
Sroog, C.I. E. J. et al. Polymer Sci. : Part C, No. 16, 1191 (1967).
Sroog, C.I. E. J. et al. Polymer Sci. : Macromolecular Reviews, Volume 11, 161 (1976).
Polyimide, D. Wilson, H.C. D. Stenzenberger and P.M. M.M. Edited by Hergenroter, Blackie, USA: Chapman and Hall, New York, 1990.
[0006]
Several terms are defined below, but they have such high thermal stability that they can be processed in the melt, and in preferred embodiments when crystallized from the melt It is used in connection with the present invention for high performance polyimides that simultaneously have desirable properties such as exhibiting recoverable semi-crystallinity.
[0007]
The term “melt processable polyimide” means that the polyimide is processed in the melt to form a shaped article without undergoing any significant degradation (eg, extrusion into pellets, etc.). Means that the polyimide has a sufficiently high thermal oxidation stability and a sufficiently low melt viscosity at temperatures above the melting point of the polyimide.
[0008]
The term “DSC” is an abbreviation for differential scanning calorimetry, a widely used thermal analysis technique for accurately measuring various thermal properties of samples, including melting point, crystallization point and glass transition temperature. . The abbreviation “DSC” is used in the text below. The following definitions of slow crystallization rate, intermediate crystallization rate and fast crystallization rate and related terms are as follows when DSC analysis is performed under scanning such as slow cooling, rapid cooling, reheating during DSC analysis. Based on the behavior of a given sample (see below for details).
[0009]
The term “slow crystallization rate” means that for a given copolyimide sample, when subjected to DSC analysis, when the sample is slowly cooled from its melt (ie, cooled at 10 ° C./min). It means that the crystallization rate shows essentially no crystallization but shows a crystallization peak upon subsequent reheating. Furthermore, crystallization does not occur during rapid cooling.
[0010]
The term “intermediate crystallization rate” means that for a given copolyimide sample, when subjected to DSC analysis, the sample shows some crystallization upon slow cooling, and also when reheated after slow cooling. It means a crystallization speed that shows some crystallization. Furthermore, there is no strong evidence that crystallization occurs during quenching.
[0011]
The term “fast crystallization rate” means that for a given copolyimide sample, when subjected to DSC analysis, the sample exhibits a crystallization peak in both slow cooling and quenching, and an observable crystallization peak. Means a crystallization rate not observed during subsequent reheating after slow cooling of a given sample. After quenching, some crystallization may be seen during reheating.
[0012]
The term “polymer melt” means that the polymer exists as a melt in a liquid or substantially liquid state. If the polymer is crystalline or semicrystalline, the polymer melt will have its melting point (Tm) Must be above temperature.
[0013]
The terms “recoverable semi-crystallinity” and / or “recoverable crystallinity” refer to behavior associated with semi-crystalline polymers or crystalline polymers. These occur in particular when the polymer exhibits a melting point in a reheat DSC scan when heated to a temperature above the melting point of the polymer and subsequently slowly cooled to a temperature well below the melting point of the polymer. It means the following behavior. (If no melting point is observed during reheat DSC scan, the polymer does not show recoverable crystallinity.mAt temperatures below, but TgThe longer it is placed at a higher temperature, the more likely the sample will crystallize. )
[0014]
The term “semi-crystalline polymer” means a polymer that exhibits at least some crystalline properties and has partial, but not complete, crystallinity. Most or all of the known polymers with crystalline properties are semi-crystalline, but they also have at least some amorphous properties and thus are not fully crystalline. (Thus, the term crystalline polymer is technically a misnomer in most or all of the situations in which it is used, but is often used nonetheless.)
[0015]
The term “uncapped copolyimide (random or block)” means a reaction product consisting of a combination of monomers without capping agent (eg, acid dianhydride and diamine).
[0016]
Some of the significant advantages of melt processing semi-crystalline polyimides with recoverable crystallinity according to the present invention include solvent-free processing, resulting in redundant and costly solvent recycling. Becomes unnecessary and can be omitted. High thermal stability is not only essential for processing with melts at temperatures above 350 ° C., but is also necessary for polyimides used in high temperature applications. Semicrystalline polyimides are often highly desirable compared to other similar polyimides that are amorphous. The former, in contrast to the latter, often have better mechanical properties (eg, especially higher modulus), the ability to be used at higher temperatures without property failure (eg better soldering) Having solder resistance, elastic modulus retention), higher solvent resistance, higher creep viscosity (eg, less change to strain of film or other structure over time), and lower coefficient of thermal expansion This is because it exhibits excellent properties.
[0017]
In order for a semi-crystalline polyimide to be considered melt processable, the polyimide has a practical limit of melt processing of about 385 ° C., both due to equipment capabilities / limitations and avoiding any significant thermal decomposition of the polyimide. It must have a melting point below the temperature range of 395 ° C. Furthermore, the polyimide must have a sufficiently low melt viscosity (ie, up to about 10 depending on the melting temperature of the polymer and the shear rate of the melt processing equipment).8Poise (this is 107Less than or equal to Pascal / sec), but preferably at most 104Poise (this is 103Less than or equal to Pascal / sec) Although copolymerization can be used to lower the melting temperature of a polymer (eg, polyimide), copolymerization usually results in a loss of crystallinity. Prior art compositions are capable of simultaneously maintaining a high degree of semi-crystallinity in the copolymer composition while maintaining the melting point (TmThe reduction in s) could not be suitably achieved. In the compositions of the present invention, both a suitable melting temperature and a high degree of semi-crystallinity are achieved by carefully choosing the comonomer and capping agent and their relative amounts in the block copolyimide composition. The
[0018]
Various polyimides that exhibit melting points in the initial DSC thermal scan and are believed to have crystalline properties thereby are disclosed in US Pat. No. 4,923,968 (Kunimune, Chisso Corporation). The copolyimide disclosed in this patent can be crystalline or semi-crystalline until heated to a temperature above its melting point, but we can recover the copolyimide disclosed in this patent. It has not been confirmed to show a high degree of recrystallization. In fact, these copolyimides are probably considered to be substantially amorphous when cooled from the melt. Furthermore, most or all of the copolyimides disclosed in this patent cannot be melt processed because they have a melting point, molecular weight (melt viscosity) and / or melt viscosity that are too high for melt processability. Further, no end capping process is taught to moderate polymerization and improve melt processability.
[0019]
The selected block copolyimides of the present invention, in a preferred embodiment, are those copolyimides that have important essential properties simultaneously (high thermal stability, melt processability and recoverable crystallinity). Overcoming the shortcomings of prior art compositions. Accordingly, the copolyimide of the present invention can be processed in the form of a melt to form an article. The processed article can have a predetermined shape, such as an extrudate, fiber, film and molded product, which is composed of semi-crystalline copolyimide. In many cases, the copolyimide of the present invention can be produced in a molten state (via melt polymerization).
[0020]
Some properties of polymers are segmented or block copolymers in which each segment or block provides a particular desired characteristic or property (the terms “block” and “segment” with respect to copolymer are used synonymously herein. ) Is best controlled and diversified. A typical example is the case of a styrene / butadiene block copolymer, of the two main components of toughness, stiffness and elasticity, where the styrene block provides rigidity and the butadiene block provides elasticity. The desired mechanical properties achieved by block polymerization of styrene and butadiene blocks are not the case with random polymerization, despite the fact that the empirical chemical formula, molecular weight, and other parameters remain constant in each case. It cannot be realized.
[0021]
Thus, in the case of polyimides, many attempts have been made to reproduce this block concept in order to control its properties to meet the requirements of a given specific application. However, all previous attempts have been partially or totally unsuccessful. Some properties of polyimide that are believed to be the cause of the failure of these attempts are described below.
[0022]
First, polyimides are useful because they are usually insoluble in most or all common solvents. Therefore, polyimide has high solvent resistance. However, this beneficial property itself is a burden on the process of applying highly insoluble polyimides, for example in the form of coatings. Thus, the most common technique in the prior art for applying polyimide as a coating is to use a solution of each poly (amidic acid) that is much more soluble and then respond to the polyamic acid by thermal or chemical means after application. It is a method of converting to imide. Another method that is equally useful in the preparation of segmented polyimides is to use soluble oligomers or precursors (of many esters) with terminal functional groups such as isocyanates, epoxides, acetylenic and ethylenically unsaturated functionalities, and then A method of extending or crosslinking it. However, these functional groups cause a decrease in thermal oxidation stability and may generally cause deterioration of the properties of the polymer.
[0023]
Second, the unique characteristics of poly (amic acid), which is actually the reaction product of carboxylic dianhydride with diamine, is that their components (diamine and dianhydride) drive dynamic equilibrium. In contrast, polyimides typically do not have such a change because they are permanently in a state of dynamic equilibrium, where the position is continuously compatible depending on the factors. The equilibrium of poly (amic acid) is C.I. C. Walker, J .; Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. Ed. , 26, 1649 (1988). The re-equilibration of the binary poly (amic acid) mixture is Ree, D.D. Y. Yoon, W .; Volksen; "bicomponent poly (amic acid) miscible behavior of the mixture and re-equilibration (Miscibility Behavior and Reequilibration of Binary Poly (Amic Acid) Mixture)", Polymeric Materials; Science & Engineering Proceedings of ACS Division of Polymeric Materials; V60; P. 179-182; Spring 1989. On the other hand, the equilibrium in the case of aromatic polyimide is described in, for example, Takekoshi, T .; , “Synthesis of Polyimideides by Transimideization Reaction”, preprints of symposium on Recipients in Othr. Of Polymer Chemistry, Am. Chem. Soc. San Diego, CA, Jan. Strict conditions as described in 1990 are required.
[0024]
Due to the aforementioned dynamic equilibrium of poly (amic acid), generally two different polyamic acids are reacted together and simultaneously or subsequently imidized to produce a segmented copolyimide having two distinct segments. It is impossible to synthesize.
[0025]
In US Pat. No. 5,202,212, a polyimide copolymer oligomer precursor that is soluble in a polar solvent, a method of producing a polyimide precursor, and a first imidized segment (block) and a second imidized segment (block), A method of producing a block polyimide copolymer is disclosed in which the first imidized segment consists of a given polyimide precursor. The block polyimide copolymer produced by the method disclosed in this patent has an amine and anhydride rearrangement in (1) the first imidized segment and (2) the first imidized segment and the second It has the property of being substantially hindered between the amidic acid segment (which is the precursor of the second imidized segment). However, there is no teaching in this patent how block copolyimides can be melt processable and / or exhibit recoverable recrystallization.
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the foregoing considerations, a high performance polyimide with high thermal stability, which can be processed in a melt (melt processability) and recovery as defined herein in a preferred embodiment There is a long-felt need for polyimides that exhibit possible semi-crystalline properties. However, such demands are not satisfied by the current state-of-the-art polyimide technology. The present invention thus provides a solution to these long-needed needs.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
One embodiment of the present invention is a segmented melt processable semicrystalline polyimide copolymer comprising a first imidized segment and a second imidized segment, the copolymer comprising the following steps:
(A) preparing a first amic acid segment,
The first amic acid segment is a precursor of the first imidized segment, and a first amic acid segment having two identical terminal portions selected from the group consisting of an acid anhydride and an amine is obtained. A reaction product obtained by reacting the first acid dianhydride with the first diamine at a molecular ratio of
The combination of the first acid dianhydride and the first diamine to form the first amic acid segment is 4,4'-oxydiphthalic anhydride (ODPA) and 1,3-bis (3- In combination with (aminophenoxy) benzene (APB-133), (3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA) and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB- 133), a combination of pyromellitic dianhydride (PMDA) and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), (2,2'-bis- (3,4-di) Carboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride (6FDA) in combination with 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), 3,3 ', 4,4'-diphenyls Combination of hontetracarboxylic dianhydride (DSDA) and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), and (2,2'-bis- (3,4-dicarboxyphenyl) A step selected from the group consisting of a combination of hexafluoropropane dianhydride (6FDA) and 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene (APB-134);
(B) imidating the first amic acid segment to form a first imidized segment;
(C) reacting the first imidized segment with one or more reactants,
The one or more reactants include the group consisting of (1) a second acid dianhydride and a second diamine, and (2) a second amic acid segment and a second acid dianhydride and a second diamine. Selected from the group consisting of linking monomers selected from
The choice of linking monomer between diamine and dianhydride in (2) above is selected by selecting the linking monomer necessary to produce a polyimide / polyamic acid copolymer having a total stoichiometry of about 100%. The first imidized segment reacts with the one or more reactants to form a segmented polyimide / polyamic acid copolymer comprising a first imidized segment and a second amic acid segment. And
The second amic acid segment is linked to the first imidized segment via an amide group having a carbon-nitrogen bond;
The combination of the second acid dianhydride and the second diamine to form the second amic acid segment is 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), respectively. And 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene (APB-134), and (3,3 ', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride (BTDA) and 1,3-bis A step selected from the group consisting of a combination with (4-aminophenoxy) benzene (APB-134);
(D) imidating the second amic acid segment to form a second imidized segment, thereby forming a segmented melt-processable semicrystalline polyimide copolymer
It is prepared by these.
[0028]
In the present invention, at least one of the first imidized segment and the second imidized segment containing the imide repeating unit, which imparts a semi-crystallinity to the corresponding homopolyimide containing the imide repeating unit, is essential, Is done. Furthermore, the first imidized segment is soluble in one or more reaction solvents at the reaction temperature relative to the segmented polyimide / polyamic acid copolymer described above.
[0029]
In a preferred embodiment, the copolyimides of the present invention have stoichiometric amounts in the range of 93% to 98%, exhibit melting points in the range of 330 ° C. to 395 ° C., and recovery as determined by DSC analysis. Shows possible crystallinity. Preferably, the copolyimides of the present invention have a melting point below 385 ° C, more preferably below 380 ° C.
[0030]
As used herein, the term “stoichiometric amount” expressed as a percentage refers to the total molar amount of acid dianhydride relative to the total molar amount of diamine incorporated into a given polyimide. means. If the total molar amount of dianhydride is equal to the total molar amount of diamine, the stoichiometric amount is 100 percent. If these two components are not equal, either the total amount of diamine or the total amount of dianhydride is present in a greater amount, where the stoichiometric amount is the component present in the lower amount (diamine or acid dianhydride). Product) is expressed as mole percent of such components present in large amounts. As an example, if a polyimide sample is obtained from a blend of 0.98 moles of acid dianhydride and 1.00 moles of diamine, the diamine is present in a greater amount, with a stoichiometric amount of 98% It is.
[0031]
If the stoichiometric amount is less than 93%, the copolyimide has insufficient mechanical properties. When the stoichiometric amount exceeds 98%, the copolyimide has a melting point that is too high for melt processability and does not exhibit feasible and / or recoverable crystallinity.
[0032]
As used herein, the term “end capping” means a monofunctional component (drug) and includes, but is not limited to, phthalic anhydride, naphthalic anhydride and aniline. They capping the copolyimide to moderate polymerization and increase the thermoplasticity of the final melt polymerization product. End capping is generally carried out to 100% so that the total moles of anhydride functionality is equal to the total moles of amine functionality. Phthalic anhydride and naphthalic anhydride are preferred end-capping components in cases where the diamine is present in a greater molar amount than the acid dianhydride. Aniline is a suitable end-capping component in cases where the acid dianhydride is present in a larger molar amount than the diamine. The proportion of end-capping component required to achieve 100% end-capping is equal to twice the value of 100 times (1-stoichiometry). As an example, for a copolyimide having 95% stoichiometric amount (excess of diamine) with 100% end-capping treatment, the total number of moles of end-capping agent is 10 mole percent of the total number of moles of diamine. (I.e., 10 moles of endcapping agent per 100 moles of diamine).
[0033]
In another embodiment, the present invention is a segmented polyimide / polyamic acid copolymer comprising a first imidized segment and a second amic acid segment, the copolymer comprising the following steps:
(A) preparing a first amic acid segment,
The first amic acid segment is a precursor of the first imidized segment, and a first amic acid segment having two identical terminal portions selected from the group consisting of an acid anhydride and an amine is obtained. A reaction product obtained by reacting the first acid dianhydride with the first diamine at a molecular ratio of
The combination of the first acid dianhydride and the first diamine to form the first amic acid segment is 4,4'-oxydiphthalic anhydride (ODPA) and 1,3-bis (3- In combination with (aminophenoxy) benzene (APB-133), (3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA) and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB- 133), a combination of pyromellitic dianhydride (PMDA) and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), (2,2'-bis- (3,4-di) Carboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride (6FDA) in combination with 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), 3,3 ', 4,4'-diphenyls Combination of hontetracarboxylic dianhydride (DSDA) and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), and (2,2'-bis- (3,4-dicarboxyphenyl) A step selected from the group consisting of a combination of hexafluoropropane dianhydride (6FDA) and 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene (APB-134);
(B) imidating the first amic acid segment to form a first imidized segment;
(C) reacting the first imidized segment with one or more reactants,
The one or more reactants include the group consisting of (1) a second acid dianhydride and a second diamine, and (2) a second amic acid segment and a second acid dianhydride and a second diamine. Selected from the group consisting of linking monomers selected from
By selecting the linking monomer required to produce a polyimide / polyamic acid copolymer having a total stoichiometry of about 100% is selected for the linking monomer between the diamine and dianhydride in (2) above. Under the conditions selected, the first imidized segment reacts with the one or more reactants to form a segmented polyimide / polyamic acid copolymer comprising a first imidized segment and a second amic acid segment. Forming,
The second amic acid segment is linked to the first imidized segment via an amide group having a carbon-nitrogen bond;
The combination of the second acid dianhydride and the second diamine to form the second amic acid segment is 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), respectively. And 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene (APB-134), and (3,3 ', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride (BTDA) and 1,3-bis A process selected from the group consisting of combinations with (4-aminophenoxy) benzene (APB-134).
It is prepared by these. This segmented polyimide / polyamic acid copolymer is a precursor to the aforementioned segmented polyimide copolymer.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A novel segmented (block) copolyimide having an appropriate molecular configuration is defined herein as a copolyimide that is semicrystalline, can be crystallized from a melt, and is melt processable. Is done. Furthermore, in a preferred embodiment, these copolyimides exhibit recoverable semi-crystalline properties. These block copolyimides have melting points in the range of about 330 ° C to about 385 ° C to 395 ° C. The main melt processability parameters, including melting point and melt viscosity at the melting temperature, can be adjusted by appropriate selection of monomer, block length, molecular weight, and percentage of end capping. By using an appropriate molecular configuration in the copolyimide of the present invention, the window of the temperature difference between the melting point and the glass transition temperature can also be controlled.
[0035]
A major aspect of the present invention is that when the segmented (block) copolyimides of the present invention are prepared using sequenced polymerization, the melting point of the copolyimides and other desirable properties occur, while It is a surprising discovery that the crystallinity is maintained by cooling from a given copolyimide melt. It is highly desirable to obtain a semi-crystalline polyimide that retains strength above the glass transition temperature and then melts at higher temperatures for processing. When randomly placed in a chain of thermoplastic polyimide that can be crystallized, the crystallinity is destroyed and the amorphous comonomer or copolymer unit is unexpectedly crystallized when copolymerized in an ordered fashion. It has been found to retain the properties and to reduce the crystal melting. This sequence copolymerization is accomplished by adding monomers sequentially or by combining the amorphous polymer and the crystalline polymer separately and then combining to extend the chain. The novel compositions produced in the present invention can crystallize above the glass transition temperature, melt lower at a more practical temperature, lower for processing thin films, fibers and molded parts.
[0036]
The production of semi-crystalline thermoplastic polyimide generally requires molding and extrusion temperatures around 330-395 ° C. The upper temperature limit that can be achieved using current state-of-the-art high temperature equipment and prevents significant thermal decomposition of the polyimide is about 385-395 ° C. While random copolymerization can destroy the properties of crystals, sequence copolymerization more easily retains crystallinity and lowers the melting point of the crystals. As a result, lower and more practical manufacturing temperatures are achieved with the present invention.
[0037]
Semicrystalline all-aromatic homopolyimides often have melting points above the upper limit at which melt processability can be achieved. An example is BPDA / APB-134 homopolyimide, which has a melting point of about 400 ° C. (see Comparative Example 3), which is considered too high for practical melt processability.
[0038]
The main feature in the present invention is, surprisingly and unexpectedly, the copolymerization in an ordered manner to produce the segmented copolyimides of the present invention is a crystal from each melt of these copolyimides. While maintaining the properties, the melting point of these copolyimides is controlled and lowered, and thereby, the blocky copolyimide is given the characteristic of recoverable crystallinity.
[0039]
The segmented (block) copolyimide of the present invention is characterized by having a structure consisting of A // B segments or blocks, where A represents an amorphous or semicrystalline segment and B represents a semicrystalline segment. It is done. The A segment (block) is called a soft segment, and the B segment (block) is called a hard segment. A and B are both semi-soluble, provided that the A segment is sufficiently soluble at the processing temperature to form an A / B polyimide / poly (amic acid) copolymer in a suitable solvent (eg, DMAC, NMP). Although it may be crystalline, the A and B segments are always different in structure and are not identical. The A segment is preferably amorphous or very slightly to moderately semicrystalline and the B segment is semicrystalline. The main characteristics of the A segment are the solubility of the homopolyimide of the A segment in an organic solvent (such as DMAC) and the ability to lower the melting point of the block copolymer of the B segment without destroying recoverable crystallinity. Is included. The main characteristics of the B segment include having recoverable crystallinity and giving the block copolyimide a melting point of about 395 ° C. or less, preferably 385 ° C. or less.
[0040]
The present invention, in an embodiment, is a segmented polyimide / polyamic acid copolymer comprising a first imidized segment and a second amic acid segment.
[0041]
The first imidization segment is derived from the first amic acid segment as a precursor. First, the first acid dianhydride is selected from the group consisting of the first diamine and the acid anhydride and amine. It is obtained by reacting at a molecular ratio to obtain a first amic acid segment having the same terminal portion. Subsequently, the first amidic acid segment is imidized to form a first imidized segment. The first imidized segment is preferably terminally terminated.
[0042]
The first acid dianhydride and the first diamine (the second acid dianhydride and the second diamine) for forming the first imidized segment via the first amic acid segment as a precursor Independently) are combinations of ODPA and APB-133, BPDA and APB-133, PMDA and APB-133, 6FDA and APB-133, DSDA and APB-133, respectively. And a group consisting of a combination of 6FDA and APB-134. The first acid dianhydride and the first diamine are a combination of ODPA and APB-133, a combination of BPDA and APB-133, a combination of PMDA and APB-133, and 6FDA and APB-134, respectively. Preferably selected from the group consisting of combinations, more preferably selected from the group consisting of combinations of ODPA and APB-133, combinations of BPDA and APB-133, and combinations of PMDA and APB-133, respectively. Preferably, it is most preferably selected from the group consisting of a combination of ODPA and APB-133 and a combination of BPDA and APB-133, respectively. For certain applications requiring a material having a low dielectric constant, the first acid dianhydride and the first diamine are each a combination of 6FDA and APB-134, or a combination of 6FDA and APB-133. It is preferable that it is either.
[0043]
The second amic acid segment in the segmented polyimide / polyamic acid copolymer comprises a first imidized segment, (1) a second acid dianhydride and a second diamine or (2) a second amic acid segment and A first imidized segment obtained by reacting with one or more reactants that are any of linking monomers selected from the group consisting of acid dianhydrides and diamines, via an amide group having a carbon-nitrogen bond Forming a second amic acid segment linked to the.
[0044]
In the case of (1) above, an appropriate combination of a second acid dianhydride and a second diamine to form a second amic acid segment (first acid dianhydride and first diamine and Are independently selected from the group consisting of a combination of BPDA and APB-134, and a combination of BTDA and APB-134. The second acid dianhydride and the second diamine are each preferably a combination of BPDA and APB-134.
[0045]
In the case of (2) above, suitable second amic acid segments are BPDA / APB-134 and BTDA / APB-134. Examples 22-27 illustrate the case of (2) where the second amic acid segment is BPDA / APB-134, which contains 98% of stoichiometric amount of BPDA and therefore excess amino functionality Had. Thus, in these examples with excess amino functionality, the acid dianhydride is replaced with the second imidized segment rather than the diamine to increase the total stoichiometry of the segmented copolyimide to about 100%. Used as a linking monomer for linking to the amic acid segment. In Examples 22-27, BPDA was used as the linking monomer, but any other acid dianhydride can be used as the linking monomer in the present invention. Similarly, any diamine can be used as a linking monomer according to the present invention when the second amic acid has an excess of acid dianhydride functionality.
[0046]
When the second acid dianhydride and the second diamine are most preferably BPDA and APB-134, respectively, to form a first imidized segment via the first amic acid segment as a precursor Suitable combinations of the first acid dianhydride and the first diamine are ODPA and APB-133, BPDA and APB-133, PMDA and APB-133, 6FDA and It is selected from the group consisting of a combination with APB-133, a combination of DSDA and APB-133, and a combination of 6FDA and APB-134. The first acid dianhydride and the first diamine to form the first amidic acid segment and the first imidized segment are a combination of ODPA and APB-133, a combination of BPDA and APB-133, respectively. , And a combination of PMDA and APB-133. The first acid dianhydride and the first diamine to form the first amidic acid segment and the first imidized segment are a combination of ODPA and APB-133, and BPDA and APB-133, respectively. More preferably, it is selected from the group consisting of combinations. Most preferably, the first acid dianhydride and the first diamine to form the first amidic acid segment and the first imidized segment are a combination of ODPA and APB-133, respectively.
[0047]
The present invention, in another embodiment, is a segmented melt processable polyimide copolymer comprising a first imidized segment and a second imidized segment.
[0048]
The first imidization segment comprises a first acid dianhydride as a precursor having two identical terminal portions selected from the group consisting of a first diamine and an acid anhydride and an amine. It is obtained by reacting at a molecular ratio to obtain a segment. Subsequently, the first amidic acid segment is imidized to form a first imidized segment.
[0049]
The first acid dianhydride and the first diamine (the second acid dianhydride and the second diamine) for forming the first imidized segment via the first amic acid segment as a precursor Independently) are combinations of ODPA and APB-133, BPDA and APB-133, PMDA and APB-133, 6FDA and APB-133, DSDA and APB-133, respectively. And a group consisting of a combination of 6FDA and APB-134. The first acid dianhydride and the first diamine are a combination of ODPA and APB-133, a combination of BPDA and APB-133, a combination of PMDA and APB-133, and 6FDA and APB-134, respectively. Preferably selected from the group consisting of combinations, more preferably selected from the group consisting of combinations of ODPA and APB-133, combinations of BPDA and APB-133, and combinations of PMDA and APB-133, respectively. Preferably, it is most preferably selected from the group consisting of a combination of ODPA and APB-133 and a combination of BPDA and APB-133, respectively. For certain applications requiring a material having a low dielectric constant, the first acid dianhydride and the first diamine are each a combination of 6FDA and APB-134, or a combination of 6FDA and APB-133. It is preferable that it is either.
[0050]
The second imidized segment of the segmented copolyimide of the present invention comprises a first imidized segment, (1) a second acid dianhydride and a second diamine or (2) a second amic acid segment and Obtained by reacting with one or more reactants that are any of linking monomers selected from the group consisting of dianhydrides and diamines, to the first imidized segment via an amide group having a carbon-nitrogen bond. Forming a second amidic acid segment to be linked, followed by imidizing the second amic acid segment to form a second imidized segment, wherein the second acid diacid for forming the second segment is The combination of anhydride and second diamine (independent of the first acid dianhydride and first diamine) is the combination of BPDA and APB-134, respectively, and B It is selected from the group consisting of a combination of a DA and APB-134. The second acid dianhydride and the second diamine are each preferably a combination of BPDA and APB-134.
[0051]
When the second acid dianhydride and the second diamine are most preferably BPDA and APB-134, an appropriate combination of the first acid dianhydride and the first diamine to form the first segment The combinations are ODPA and APB-133, BPDA and APB-133, PMDA and APB-133, 6FDA and APB-133, DSDA and APB-133, respectively. And selected from the group consisting of a combination of 6FDA and APB-134. The first acid dianhydride and the first diamine to form the first segment are a combination of ODPA and APB-133, BPDA and APB-133, and PMDA and APB-133, respectively. It is preferably selected from the group consisting of combinations. The first acid dianhydride and the first diamine for forming the first segment are each selected from the group consisting of a combination of ODPA and APB-133, and a combination of BPDA and APB-133. Is more preferable. Most preferably, the first acid dianhydride and the first diamine to form the first segment are each a combination of ODPA and APB-133.
[0052]
The segmented melt processable polyimide copolymer of the present invention has a second segment (B segment) that is semi-crystalline. The second segment is preferably present in the copolymer in an amount greater than 60 weight percent. More preferably, the semi-crystalline segment is present in the copolymer in an amount ranging from 65 to 85 weight percent, and even more preferably the semi-crystalline segment is present in the copolymer in an amount ranging from 75 to 85 weight percent. .
[0053]
The segmented melt processable polyimide copolymer of the present invention has a first number average molecular weight (determined by gel permeation chromatography with a precursor segmented polyimide / polyamic acid copolymer) in the range of about 2,000 to about 20,000. The first segment consists of an imidized segment and the first segment hasnPreferably in the range of 4,000 to 10,000.nMore preferably, M in the range of 4,000 to 8,000nMost preferably it has.
[0054]
Number average molecular weight of first imidized segment (Mn) Using the stoichiometric imbalance calculation (ie, using the Carothers formula) and the first acid dianhydride and the second acid required for a given molecular weight of the first imidization segment. By determining the amount of diamine of 1 that is out of the required stoichiometry, it can be set very strictly. Such a calculation is, for example,Principle of Polymerization, Third Edition, by George Odian, John Wiley and Sons, Inc. , New York (1991), p. This was done as described in many polymer textbooks such as 82-87.
[0055]
As illustrated in some of the examples, the number average molecular weight determined by titration analysis of the selected first imidization segment agrees very well with the molecular weight calculated based on the stoichiometric imbalance. It was.
[0056]
The present invention includes both segmented melt-processable semicrystalline polyimide copolymers and their precursor segmented polyimide / polyamic acid copolymers. Conversion of the amic acid segment to the corresponding imidized segment can be accomplished using thermal imidization and / or chemical imidization known to those skilled in the art (see section below).
[0057]
Many textbooks and other references (eg,Polyimides, Edited by D. Wilson, H.C. D. Stenzenberger, and P.M. M.M. Hergenroter, Blackkie, USA: see Chapman and Hall, New York, 1990), first by reaction in solution of one or more dianhydrides and one or more diamines to a poly (amidic acid). ) Occurs. Typical reaction temperatures are from room temperature to about 100 ° C. Subsequently, the poly (amide acid) is heated to an elevated temperature (eg, about 200-400 ° C.) and / or the poly (amide acid) is subjected to chemical imidization using a reagent such as a combination of triethylamine and acetic anhydride. The resulting poly (amic acid) can be converted to the corresponding polyimide (and water).
[0058]
[Table 1]
Figure 0004031241
[0059]
[Table 2]
Figure 0004031241
[0060]
[Table 3]
Figure 0004031241
[0061]
[Table 4]
Figure 0004031241
[0062]
Other
Poly (amic acid) = polyamic acid = first reaction product of dianhydride and diamine, polyimide precursor.
[0063]
【Example】
(Examples 1-21 and Comparative Examples 1-4)
General
All block copolyimides were synthesized using the general synthesis method disclosed in US Pat. No. 5,202,212. All acid dianhydrides and diamines used were of high purity polymer grade. Anhydrous N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) was used as the solvent. Aromatic hydrocarbon mixtures (Aromatic 150, Exxon) were used as azeotropic agents in the synthesis of these copolyimides. The same monomers and solvents were also used to synthesize random copolyimides for comparative examples. Prior to their use, all monomers were dried overnight at 40-50 ° C. for diamines and 160 ° C. for acid dianhydrides, then sealed in a bottle and stored in a desiccator. The GPC molecular weights reported below are relative values.
[0064]
Example 1
Synthesis of an uncapped ODPA / APB-133 (50) // BPDA / APB-134 (50) block copolyimide with a flexible block ("A" block) molecular weight of about 10,000 g / mole (as PI) I went there. The resulting sample was an uncapped block copolyimide.
[0065]
Assemble a dry 250 ml 4-neck round bottom flask equipped with a stirrer, nitrogen inlet, Dean-Stark trap / cooler, and thermometer (scaled up to about 250 ° C.) and heat gun just before the start of the reaction sequence Used to dry. 8.1290 g ODPA and NMP (30 ml) were added to the reaction flask and gentle stirring was started. APB-133 (7.2389 g) was weighed into a lidded container, NMP (30 ml) was added, and the mixture was stirred until all of APB-133 was dissolved. The resulting diamine solution was then added to the reaction flask with gentle stirring. The container was washed with NMP (10 ml), and the resulting wash was added to the flask. (The total volume (ml) of NMP added at the end of step # 3 was 70 ml and the mixture was about 17.5% solid.)
The resulting reaction mixture was stirred for 30 minutes.
[0066]
The Dean Stark trap was completely filled with Aromatic 150 fluid (Exxon). Aluminum foil was wrapped around the Dean Stark trap as a thermal insulator. Aromatic 150 liquid (8 ml) was added to the reaction mixture in the vessel and the resulting reaction mixture was heated at 180 ° C. for about 90 minutes. The reaction temperature was maintained at 180 ° C. for 3 hours, during which time the condensate dropped from the cooler at a constant rate, and water was collected in the Dean Stark trap.
[0067]
Increase the nitrogen flow through the reactor (about twice) and heat the relevant parts of the flask with a heat gun for about 5 minutes to remove any deposits adhering to the inside of the flask, then normalize the nitrogen flow rate. Returned. Heating was stopped until the reaction flask cooled to 45 ° C, then the reaction mixture was held at 60-70 ° C overnight. (In all subsequent examples relating to this example, at this point, heat was applied at a lower setting to keep the reaction mixture at 45 ° C. and the addition of BPDA / APB-134, described below, was performed at 45 ° C. on the same day. Performed after the temperature was established.)
[0068]
BPDA (7.4964 g) as well as 14 ml NMP (as wash) were added to the reaction mixture with gentle stirring. APB-134 (7.8708 g) was weighed into a stoppered container, NMP (25 ml) was added, and the resulting mixture was stirred until it became a solution. The solution was left plugged until dropped. The APB-134 solution was added dropwise over 30 minutes to the stirring reaction mixture using a dropping funnel. At the end of the addition, the stoppered container was washed with NMP (10 ml) and the washings were added to the reaction mixture. (The approximate volume of the reaction mixture at this point was 150 ml. A total of 119 ml of NMP was added.) After completion of the addition, the reaction mixture was stirred at 45 ° C. for 1 hour and then at room temperature for another overnight. . The resulting intermediate product, polyimide / polyamic acid copolymer, was collected and stored in a dry stoppered container.
[0069]
GPC molecular weight measurements on this sample as an intermediate polyimide / polyamic acid gave the following results: Mw= 352K and Mn= 162K.
[0070]
The intermediate polyimide / polyamic acid solution sample described above is spin coated onto a wafer, pre-baked at 135 ° C. for 30 minutes in air, and baked at 350 ° C. for 60 minutes in nitrogen to corrode the wafer support and remove the thin film. Conversion to a polyimide film sample by washing with water and then drying yielded a final polyimide film sample suitable for characterization tests. This polyimide thin film showed a melting point of 367 ° C. in the first DSC scan.
[0071]
(Note: In Example 1, the initial reaction mixture after addition of APB-134 gelled and showed a rubbery consistency. This was diluted from about 20% to about 15% by weight solids and spin coated. Is a solution that works well.)
(Example 2)
Synthesis of ODPA / APB-133 (40) // BPDA / APB-134 (60) block copolyimide (uncapped) with an “A” block size of 10K in a manner similar to that described in Example 1. The monomer amount was adjusted as follows: ODPA 8.1277 g; APB-133 7.2378 g; BPDA 11.3505 g; and APB-134 11.6993 g. The initial reaction mixture (after adding BPDA and APB-134 and heating to 45 ° C.) was highly viscous. This was diluted with 20 ml of anhydrous NMP and a moderately viscous reaction mixture was spin coated successfully to produce a polyimide film sample for characterization (similar to Example 1). This polyimide thin film had a melting point of 375 ° C. in the first DSC scan.
[0072]
GPC molecular weight analysis of this sample as an intermediate polyimide / polyamic acid gave the following results: Mw= 393K and Mn= 183K.
[0073]
(Example 3)
The synthesis of ODPA / APB-133 (50) // BTDA / APB-134 (50) block copolyimide (uncapped) with an “A” block size of 5K was synthesized in a manner similar to that described in Example 1. The amount of monomer was adjusted as follows: ODPA 8.3460 g; APB-133 7.02.010 g; BTDA 7.6144 g; and APB-134 7.7540 g. The reaction mixture (after adding BTDA and APB-134 and heated to 45 ° C.) was stirred over the weekend at room temperature and directly spin coated as a moderately viscous solution (similar to Example 1). ) Polyimide thin film sample for characterization. This polyimide thin film showed a low melting point of 358 ° C. and a high melting point of 391 ° C. in the first DSC scan.
[0074]
GPC molecular weight analysis of this sample as an intermediate polyimide / polyamic acid gave the following results: Mw= 98K and Mn= 50K.
[0075]
(Comparative Example 1)
Synthesis of ODPA / APB-133 (50) // PMDA / APB-133 (50) block copolyimide (uncapped) with an “A” block size of 5K, in a manner similar to that described in Example 1. The amount of monomer was adjusted as follows: OD462 8.3462 g; APB-133 (as first diamine) 7.0201 g; PMDA 5.8130 g; and APB-133 (second 8.6354 g) as diamine. The polyimide / polyamic acid reaction mixture (after the addition of the second diamine and the second acid dianhydride and heating to 45 ° C.) is stirred in the usual manner overnight to give a moderately viscous solution. Direct spin coating (similar to Example 1) yielded polyimide thin film samples for characterization. This polyimide thin film showed no melting point in the first DSC scan.
[0076]
GPC molecular weight analysis of this sample as an intermediate polyimide / polyamic acid gave the following results: Mw= 64.8K and Mn= 29.7K.
[0077]
(Comparative Example 2)
Synthesis of 6FDA / APB-133 (50) // BPDA / 4,4'-ODA (50) block copolyimide (uncapped) with “A” block size of 5K is similar to that described in Example 1 In this manner, the amount of monomer was adjusted as follows: 9.5367 g of 6FDA; 5.8308 g of APB-133 (as the first diamine); 8.5340 g of BPDA; and 4,4 ′ -6.1188 g of ODA (as the second diamine). The polyimide / polyamic acid reaction mixture (after the addition of the second diamine and the second acid dianhydride and heating to 45 ° C.) is stirred in the usual manner overnight to give a moderately viscous solution. A polyimide thin film sample for characterization was obtained by direct spin coating. This polyimide thin film showed no melting point in the first DSC scan.
[0078]
GPC molecular weight analysis of this sample as an intermediate polyimide / polyamic acid gave the following results: Mw= 118K and Mn= 33.9K.
[0079]
(Comparative Example 3)
The synthesis of ODPA / APB-133 (50) // DSDA / APB-134 (50) block copolyimide (uncapped) with an “A” block size of 5K was synthesized in a manner similar to that described in Example 1. The monomer amount was adjusted as follows: ODPA 8.3450 g; APB-133 (as the first diamine) 7.0224 g; DSDA 7.9993 g; and APB-134 (second 7.3693 g) as diamine. The polyimide / polyamic acid reaction mixture (after adding the second diamine and the second acid dianhydride and heating to 45 ° C.) is stirred overnight in the usual manner to give a moderately viscous solution. Was directly spin coated to obtain a polyimide thin film sample for characterization. This polyimide thin film showed no melting point in the first DSC scan.
[0080]
GPC molecular weight analysis of this sample as an intermediate polyimide / polyamic acid gave the following results: Mw= 114K and Mn= 59.1K.
[0081]
(Comparative Example 4)
Synthesis of ODPA / APB-133 (50) // BPDA / PPD (50) block copolyimide (uncapped) with an “A” block size of 5K in a manner similar to that described in Example 1 Were adjusted as follows: ODPA 8.3455 g; APB-133 (as the first diamine) 7.0210 g; BPDA 11.0088 g; and PPD (as the second diamine) 4.3589 g. The polyimide / polyamic acid reaction mixture (after adding the second diamine and the second acid dianhydride and heating to 45 ° C.) is stirred overnight in the usual manner to give a moderately viscous solution. Was directly spin coated to obtain a polyimide thin film sample for characterization. This polyimide thin film showed no melting point in the first DSC scan.
[0082]
GPC molecular weight analysis of this sample as an intermediate polyimide / polyamic acid gave the following results: Mw= 238K and Mn= 118K.
[0083]
Example 4
Using differential scanning calorimetry (DSC) (as shown in the previous examples and comparative examples), some of the three block copolyimide samples shown in the previous examples 1-3 and in the above comparative examples 1-4 The thermal behavior of about 15-20 other block copolyimides that showed Each sample was subjected to a single DSC scan from room temperature to 500 ° C. at a scan rate of 20 ° C./min. As described in the individual examples, the block copolyimide samples of Examples 1-3 each exhibit DSC melting point behavior (ie, exhibit a characteristic melting point curve in the DSC trace), each of which is semicrystalline. It was found to have the following properties. In contrast, the other 15 to 20 sample groups (including the samples of Comparative Examples 1 to 4) do not exhibit DSC melting point behavior, and it is clear that they basically have an amorphous nature. there were.
[0084]
(Example 5)
Synthesis of a capped ODPA / APB-133 (50) // BPDA / APB-134 (50) block copolyimide with a flexible block ("A" block) molecular weight of about 10000 g / mol (as PI) is as follows: Performed as described.
[0085]
All monomers were dried overnight at 40-50 ° C. for diamines and 160 ° C. for dianhydrides, then sealed in a bottle and stored in a desiccator. Assemble a dry 250 ml 4-neck round bottom flask equipped with a stirrer, nitrogen inlet, Dean-Stark trap / cooler, and thermometer (scaled up to about 250 ° C.) and heat gun just before the start of the reaction sequence Used to dry. To the reaction flask was added 8.1288 g ODPA and NMP (30 ml) and gentle stirring was started. APB-133 (7.2371 g) was weighed into a lidded container, NMP (35 ml) was added and the mixture was stirred until all of APB-133 was dissolved. The resulting diamine solution was then added to the reaction flask with gentle stirring. The container was washed with NMP (5 ml), and the resulting wash was added to the flask. (The total volume (ml) of NMP added at the end of the above step was 70 ml and the mixture was about 17.5% solid.) The resulting reaction mixture was stirred for 30 minutes.
[0086]
The Dean Stark trap was completely filled with Aromatic 150 fluid (Exxon). Aluminum foil was wrapped around the Dean Stark trap as a thermal insulator. Aromatic 150 solution (8 ml) was added to the reaction mixture in the vessel and the resulting reaction mixture was heated to 180 ° C. over about 90 minutes. The reaction temperature was maintained at 180 ° C. for 3 hours, during which time condensate dropped from the cooler at a constant rate and water was collected in the Dean-Stark trap. Increase the nitrogen stream passing through the reactor (about twice), heat the relevant part of the flask with a heat gun for about 5 minutes to remove the condensate adhering to the inside of the flask, and then adjust the nitrogen stream rate to normal Returned to initial speed. Heating was stopped until the reaction flask cooled to 45 ° C, then heat was applied at a lower setting to keep the reaction mixture at 45 ° C. BPDA (7.2710 g) as well as 10 ml NMP (as wash) were added to the reaction mixture with gentle stirring and stirring was continued for 10 minutes. Phthalic anhydride (PA, 0.2264 g) was then added to the reaction mixture using 4 ml of NMP as a wash. APB-134 (7.8710 g) was weighed into a stoppered container, NMP (30 ml) was added, and the resulting mixture was stirred until it became a solution. The solution was left plugged until dropped. The aforementioned APB-134 solution was added dropwise over 30 minutes to the stirring reaction mixture using a dropping funnel. At the end of the addition, the stoppered container was washed with NMP (10 ml) and the wash was added to the reaction mixture (the approximate volume of the reaction mixture at this point was 150 ml. A total of 119 ml of NMP was added. ). After completion of the addition, the reaction mixture was stirred at 45 ° C. for 1 hour and then further stirred at room temperature overnight. The resulting intermediate product, a polyimide / polyamic acid copolymer solution containing about 20% by weight solids, was collected and stored in a dry stoppered container. This polyimide / polyamic acid reaction mixture had a moderate viscosity. This was chemically imidized using the method shown below to obtain a block copolyimide polyimide powder sample for DSC analysis (to provide the properties described above).
[0087]
The chemical imidization method used is shown below. A 100 ml reaction vessel (flask + head) for chemical imidation equipped with nitrogen purging (in / out) and stirrer was assembled. (Normally 2-4 of these were performed simultaneously.) The block PI / PAA copolyimide sample (50.0 g) described above was added to the reaction vessel. Two clean and dry 10 ml measuring pipettes (with a 0.02 ml scale) were used, one weighed acetic anhydride and the other weighed triethylamine. The specified amount (below) of acetic anhydride (AA) was added to the reaction mixture while moderately stirring the copolyimide sample. The reaction mixture became cloudy. Stirring was continued at room temperature until a clear and homogeneous reaction mixture was obtained. While continuing to stir, the specified amount of triethylamine (Et3N) was added to the reaction mixture. (A precipitate formed immediately after the addition of triethylamine.) Stirring was continued for about 6 hours (or overnight) at room temperature, during which time the resulting mass was periodically broken up.
[0088]
The reaction mixture was poured into methanol in a powered Waring blender causing polyimide precipitation. The resulting precipitate was collected by vacuum filtration using a Buchner funnel with filter paper. The resulting solid was dried over two consecutive nights. On the first night, the sample was dried at 100 ° C. in a vacuum dryer. On the second night, final drying was performed in a vacuum dryer set at about 200-210 ° C. After final drying, any large lumps were broken down to obtain a reasonably homogeneous powder. The resulting powder sample was used for analysis and characterization.
[0089]
The amount of the chemical imidizing reagent used in Example 5 is shown below.
[0090]
[Table 5]
Figure 0004031241
[0091]
This polyimide sample showed a melting point of 374 ° C. and a heat of fusion of 11.4 J / g in the first DSC scan. There was no melting point during the second and third DSC scans, and therefore no recoverable semi-crystalline properties.
[0092]
(Examples 6 to 13)
The synthesis of the other eight capped block copolyimides listed below was adjusted in the same manner as in Example 5 above, except for the amount of chemical imidization reagent used and the amount of monomer as follows: I went.
[0093]
[Table 6]
Figure 0004031241
[0094]
[Table 7]
Figure 0004031241
[0095]
[Table 8]
Figure 0004031241
[0096]
(Example 14)
Each of the powder polyimide samples from Examples 5-13 was subjected to DSC analysis to determine the melting point, glass transition, and crystallization characteristics of the samples in relation to their structural characteristics. The first DSC analysis up to 500 ° C. is based on the appropriate upper temperature limit (Tul) Went to determine. This TulWas selected to be above the temperature of all significant transitions (melting, glass transition, etc.), but below the temperature at which obvious decomposition occurs at higher temperatures. In each case, the original sample was discarded and a new sample was used instead for repeated scan DSC.
[0097]
A repeated scan DSC was then performed in the following manner:
1) From room temperature to TulFirst heating scan at 10 ° C / min until.
2) TulLow-speed cooling scan at 10 ° C / min from room temperature to room temperature.
3) From room temperature to Tul2nd heating scan at 10 ° C / min until.
4) TulUncontrolled quench scan from to room temperature.
5) A third heating scan from room temperature to 500 ° C. at 10 ° C./min.
[0098]
All the samples showed the first DSC melting point behavior during the first DSC scan (first heating described below), which revealed that these copolyimides were semi-crystalline. Only block compositions with an A block to B block ratio of 30:70 or 20:80 were found to exhibit the desired recoverable semi-crystallinity, and these samples exhibited DSC melting behavior in three scans (1 (Second heating, second heating, and third heating) all showing that the sample can be crystallized from the melt.
[0099]
Specific properties measured for these copolyimides are shown below.
[0100]
[Table 9]
Figure 0004031241
[0101]
The copolyimides of Examples 10-13 showed significant crystallization peaks during the first cooling scan and / or the second heating scan. Peaks were seen in the range of 286-318 ° C and heats of fusion in the range of 13-18.1 Joules / gram.
[0102]
(Example 15)
Selected block and random copolyimide samples were characterized for melt viscosity using a capillary rheometer. Measurements are 100, 200, 500, 1000, and 2000 seconds-1Of 5 different shear rates. Usually two measurements are taken at one shear rate, which is usually 1000 seconds-1Met. The results obtained with representative blocks and random copolyimides are shown below.
[0103]
[Table 10]
Figure 0004031241
[0104]
From these melt viscosity measurements, an apparent viscosity of 100 Pa. At a shear rate of 500 / sec. M for SwAn important result was shown that the ODPA / APB-133 // BPDA / APB-134 block copolyimide of about 60K has a sufficiently low melt viscosity to be melt processable without any additives.
[0105]
(Comparative Example 5)
Synthesis and characterization of DSC melting behavior and melt viscosity of ODPA (20) / BPDA (80) / APB-133 (20) / APB-134 (80) random copolyimide with 6 mol% phthalic anhydride end cap Was performed for comparison with the corresponding block copolyimide described above. The random tetrapolyimide was synthesized as follows.
[0106]
All monomers were dried overnight at 40-50 ° C. for diamines and 160 ° C. for acid dianhydrides, then sealed in bottles, taped and stored in a desiccator. Assemble a dry 250 ml 4-neck round bottom flask equipped with a stirrer, nitrogen inlet, Dean-Stark trap / cooler, and thermometer (scaled up to about 250 ° C.) and heat gun just before the start of the reaction sequence Used to dry. NMP (60 ml) was added to the reaction flask and gentle stirring was started. ODPA (8.206 g) and BPDA (29.6316 g) were added as powders to the stirring reaction mixture as a slurry, and 10 mL NMP was used as a wash to transfer all acid dianhydride powder samples to the reaction flask. A solution of APB-133 (7.1654 g) and APB-134 (30.9160 g) in NMP (170 ml) was prepared and added to the dropping funnel prepared for dropping. Phthalic anhydride (0.9227 g) and NMP (10 ml as a wash) were added to the stirring reaction mixture, followed immediately by the next step. The above diamine solution was added to the stirring reaction mixture over 10-20 minutes. Additional NMP (5 ml) was added as a wash. (A total of 298 ml of NMP was added. The approximate reaction mixture volume was 374 ml.) The resulting polyamic acid mixture was stirred at room temperature overnight. The following molecular weight data was obtained by GPC analysis of the polyamic acid mixture: Mn= 94.8K and Mw= 180K.
[0107]
A sample of the resulting intermediate polyimide / polyamic acid mixture was subjected to the aforementioned chemical imidation using 6.35 ml of acetic anhydride and 9.39 ml of triethylamine to obtain a solid powder sample of this random copolyimide. This random copolyimide was found by DSC analysis to have a melting point of 326 ° C. and a heat of fusion of 11.9 J / g in the first DSC scan. The melting point DSC curve was very wide (compared to the corresponding block copolyimide). No melting behavior was observed in the second and third scans, demonstrating that this random copolyimide does not exhibit recoverable semi-crystalline properties. As evidenced by the melting point behavior in the first scan, it has the initial semi-crystallinity.
[0108]
(Comparative Example 6)
Preparation of polyimide with BPDA / APB-134 / PA 98/100/4 (8% stoichiometric acid dianhydride)
BPDA (14.414 g, 0.04899 mol) and DMAC (175 ml) were mixed to form a slurry (BPDA has very low solubility in DMAC). PA (0.296 g) was added to the slurry with stirring, and then APB-134 (14.617 g, 0.05 mol) was added to the stirring slurry. The resulting mixture was stirred overnight at room temperature and confirmed to have the following characteristics as a polyamic acid solution of BPDA / APB-134 / PA. Inherent viscosity = ηinh= 0.86 deciliter / gram (dl / g).
[0109]
The above polyamic acid solution was chemically imidized using the following method to obtain a BPDA / APB-134 homopolyimide endcapped with PA. TEA (0.72 ml) and AA (1.08 ml) were added to the above polyamic acid solution with stirring, and the resulting mixture was stirred at 30 ° C. for 18 hours, after about 1 hour at 30 ° C. Was observed. The resulting polyimide was isolated using a ratio of about 10 g polymer solution to 500 ml methanol in methanol in a Waring blender. After filtration, an additional Waring blender treatment with 500 ml of methanol was performed followed by drying to constant weight at 200 ° C. under nitrogen and vacuum.
[0110]
The resulting polyimide was characterized by DSC. The DSC test was performed with three heating scans from room temperature to a minimum of 410 ° C. followed by a cooling scan between each heating scan. For each scan, the glass transition temperature (Tg), Crystallization temperature (Tc) And melting point (Tm) Was measured. The crystallization temperature was the DSC output peak of the crystallization transition, and the melting point was the DSC output peak of the melting transition. For this BPDA / RODA homopolyimide,mThe measured value was 403 ° C. in the second heating and 404 ° C. in the first heating. TgThe measured values are 200 ° C. (second heating) and 218 ° C. (third heating).c(Second heating) The measured value was 222 ° C. This end-capped homopolyimide exhibits a semicrystalline and recoverable semicrystalline character (proven by the melting point observed in the second and third thermal scans), but its melting point above 400 ° C is melt processed. Too expensive for sex. This is therefore a comparative example.
[0111]
(Examples 16 to 19)
General
This example illustrates that other selected block copolyimides are semi-crystalline and exhibit melting points below 390 ° C. as well as recoverable DSC melting point behavior. From the approximately 25 other capped block copolyimide composition groups having different monomer and A: B block ratios initially synthesized and tested, the following four were semicrystalline by DSC (Differential Scanning Calorimetry) analysis: Polyimide has been found to exhibit the desired recoverable DSC melting point behavior within the desired melting point range. Recoverable DSC melting point behavior is an important indicator that a polymer sample can be recrystallized from the melt as desired. Each of these block copolyimides is obtained as a solution of a polyimide / polyamic acid block copolymer using the synthesis method described in US Pat. No. 5,202,212, and end capping is usually up to 97% stoichiometric with phthalic anhydride. there were. The obtained PI / PAA solution is subjected to chemical imidation, and processed and dried as a polyimide powder sample. This is subjected to DSC analysis, and the thermal characteristics (Tg, Tm, And TcEtc.).
[0112]
[Table 1]
Figure 0004031241
aThe synthesis of the above four block copolyimides is shown in Examples 16-19.
[0113]
(Example 16)
The synthesis of a capped BPDA / APB-133 (20) // BPDA / APB-134 (80) block copolyimide with a flexible block ("A" block) molecular weight of 7500 g / mol (as PI) is described below. It carried out as follows. The sample was 97 mol% of stoichiometry in acid dianhydride and endcapped with 6 mol% phthalic anhydride. In order to synthesize, the following steps were performed.
[0114]
All monomers were dried overnight at 40-50 ° C. for diamines and 160 ° C. for dianhydrides, then sealed in a bottle and stored in a desiccator. Assemble a dry 500 ml 4-neck round bottom flask equipped with a stirrer, nitrogen inlet, Dean-Stark trap / cooler, and thermometer (scaled to about 250 ° C.) and heat gun just before the start of the reaction sequence Used to dry. The apparatus was adjusted so that a thermometer was used with a first reaction volume of about 85 ml in a 500 ml flask. BPDA (7.9896 g) and NMP (30 ml) were added to the reaction flask and gentle stirring was started.
[0115]
APB-133 (7.37711 g) was weighed into a covered container, NMP (35 ml) was added, and the mixture was stirred until all of APB-133 was dissolved. The resulting diamine solution was then added to the reaction flask with gentle stirring. The container was washed with NMP (5 ml), and the resulting wash was added to the flask. (The total volume (ml) of NMP added at the end of the above step was 70 ml and the mixture was about 17.5% solid.) The resulting reaction mixture was stirred for 30 minutes.
[0116]
The Dean Stark trap was completely filled with Aromatic 150 fluid (Exxon). Aluminum foil was wrapped around the Dean Stark trap as a thermal insulator. Aromatic 150 solution (8 ml) was added to the reaction mixture in the vessel and the resulting reaction mixture was heated to 180 ° C. over about 90 minutes. The reaction temperature was maintained at 180 ° C. for 3 hours, during which time the condensate dropped from the cooler at a constant rate, and water was collected in the Dean Stark trap. Increase the nitrogen stream passing through the reactor (about twice), heat the relevant part of the flask with a heat gun for about 5 minutes to remove the condensate adhering to the inside of the flask, and then adjust the nitrogen stream rate to normal Returned to initial speed. Heating was stopped until the reaction flask cooled to 45 ° C, then heat was applied at a lower setting to keep the reaction mixture at 45 ° C. BPDA (29.6327 g) as well as 110 ml NMP (as a wash) were added to the reaction mixture with gentle stirring and stirring was continued for 10 minutes. Phthalic anhydride (PA, 0.9227 g) was then added to the reaction mixture using 10 ml of NMP as a wash. APB-134 (30.9154 g) was weighed into a stoppered container, NMP (100 ml) was added, and the resulting mixture was stirred until it became a solution. The solution was left plugged until dropped. The aforementioned APB-134 solution was added dropwise to the stirring reaction mixture using a dropping funnel over 5 to 10 minutes. At the end of the addition, the stoppered container was washed with NMP (8 ml) and the washings were added to the reaction mixture. (The approximate volume of the reaction mixture at this point was 374 ml. A total of 298 ml of NMP was added.) After completion of the addition, the reaction mixture was stirred at 45 ° C. for 1 hour and then at room temperature for another overnight. . The resulting intermediate product, a polyimide / polyamic acid copolymer solution containing about 20% by weight solids, was collected and stored in a dry stoppered container. This polyimide / polyamic acid reaction mixture had a moderate viscosity. This was chemically imidized using the method shown below to obtain a block copolyimide polyimide powder sample for DSC analysis (to provide the properties described above).
[0117]
The chemical imidization method used is shown below. A 100 ml reaction vessel (flask + head) for chemical imidation equipped with nitrogen purging (in / out) and stirrer was assembled. (Normally 2-4 of these were performed simultaneously.) The block PI / PAA copolyimide sample (50.0 g) described above was added to the reaction vessel. Two clean and dry 10 ml measuring pipettes (with a 0.02 ml scale) were used, one weighed acetic anhydride and the other weighed triethylamine. The specified amount (below) of acetic anhydride (AA) was added to the reaction mixture while moderately stirring the copolyimide sample. The reaction mixture became cloudy. Stirring was continued at room temperature until a clear and homogeneous reaction mixture was obtained. While continuing to stir, the specified amount of triethylamine (Et3N) was added to the reaction mixture. (A precipitate formed immediately after the addition of triethylamine.) Stirring was continued for about 6 hours (or overnight) at room temperature, during which time the resulting mass was periodically broken up.
[0118]
The reaction mixture was poured into methanol in a powered Waring blender causing precipitation. The resulting precipitate was collected by vacuum filtration using a Buchner funnel with filter paper. The resulting solid was dried continuously for 2 nights. On the first night, the sample was dried at 100 ° C. in a vacuum dryer. On the second night, final drying was performed in a vacuum dryer set at about 200-210 ° C. After final drying, any large lumps were broken down to obtain a reasonably homogeneous powder. The resulting powder sample was used for analysis and characterization.
[0119]
The amount of chemical imidization reagent used in Example 16 is shown below.
[0120]
[Table 12]
Figure 0004031241
[0121]
(Examples 17 to 19)
The synthesis of each of the other three capped block copolyimides in this series of examples (above) was carried out in the same manner as in Example 16 above, with the amount of monomers and the chemicals used in the synthesis of the block PI / PAA. Only the amount of the imidizing reagent was adjusted as follows.
[0122]
[Table 13]
Figure 0004031241
[0123]
[Table 14]
Figure 0004031241
[0124]
(Example 20)
Each of the powder polyimide samples from Examples 16-19 was subjected to DSC analysis to determine the melting point, glass transition, and crystallization characteristics of the samples in relation to their structural characteristics. The first DSC analysis involves the appropriate upper temperature limit of the sample (Tul) Went to determine. This TulWas selected to be above the temperature of all significant transitions (melting, glass transition, etc.), but below the temperature at which obvious decomposition occurs at higher temperatures. In each case, the original sample was discarded and a new sample was used instead for repeated scan DSC.
[0125]
A repeated scan DSC was then performed in the following manner:
1) From room temperature to TulFirst heating scan at 10 ° C / min until.
2) TulLow-speed cooling scan at 10 ° C / min from room temperature to room temperature.
3) From room temperature to Tul2nd heating scan at 10 ° C / min until.
4) TulRapid cooling scan to room temperature.
5) A third heating scan from room temperature to 500 ° C. at 10 ° C./min.
[0126]
The DSC test results for this series of block copolyimides are summarized below. Only a few of the many block compositions tested (about 25) were found to be semi-crystalline by DSC analysis, and even fewer showed the desired recoverable DSC melting point behavior. Furthermore, these block copolyimides have been shown to exhibit fast recrystallization kinetics, which can be a great advantage. These block copolyimides have a glass transition temperature (Tg) Is somewhat higher than the ODPA / APB-133 // BPDA / APB-134 block copolyimide sample described in the previous example or the random copolyimide described in the comparative example.
[0127]
Specific properties measured for these copolyimides are shown below.
[0128]
[Table 15]
Figure 0004031241
[0129]
Each of the aforementioned capped block copolyimide samples was found to exhibit recoverable DSC melting behavior, most notably at about 380 ° C. (measured in heat of fusion / polymer weight (g)). This behavior indicates that each of these copolyimides is semi-crystalline when first obtained from solution and further crystallizes from the melt as desired for melt processable PI. (In contrast to these block copolyimides containing BPDA / APB-134 as the “B” block, the corresponding BPDA / APB-134 homopolyimide has a melting point above 400 ° C.—see Comparative Example 6).
[0130]
(Comparative Example 7)
Synthesis and DSC melting behavior of BPDA / APB-133 (20) / APB-134 (80) random copolyimide with 6 mol% phthalic anhydride endcap (97% of stoichiometric acid dianhydride) and Characterization for melt viscosity was performed for comparison with the corresponding block copolyimide described above. The random tetrapolyimide was synthesized as follows.
[0131]
All monomers were dried overnight at 40-50 ° C for diamines and 160 ° C for acid dianhydrides, then sealed in bottles, taped and stored in a desiccator. Assemble a dry 250 ml 4-neck round bottom flask equipped with a stirrer, nitrogen inlet, Dean-Stark trap / cooler, and thermometer (scaled up to about 250 ° C.) and heat gun just before the start of the reaction sequence Used to dry. NMP (100 ml) was added to the reaction flask and gentle stirring was started. BPDA (18.8119 g) was added as a powder to the stirring reaction mixture as a slurry, and 10 ml NMP was used as a wash to transfer all acid dianhydride powder samples to the reaction flask. A solution of APB-133 (3.6878 g) and APB-134 (15.4582 g) in NMP (60 ml) was prepared and added to the dropping funnel prepared for dropping. Phthalic anhydride (0.4614 g) and NMP (4 ml as a washing solution) were added to the stirring reaction mixture, followed immediately by the next step. The above diamine solution was added to the stirring reaction mixture over 10-20 minutes. Additional NMP (8 ml) was added as a wash. (A total of 149 ml of NMP was added. The approximate reaction mixture volume was 187 ml.)
[0132]
The resulting polyamic acid mixture was stirred at room temperature overnight. The following molecular weight data was obtained by GPC analysis of the polyamic acid mixture: Mn= 49.2K and Mw= 142K.
[0133]
A sample of the resulting intermediate polyimide / polyamic acid mixture was subjected to the aforementioned chemical imidation using 5.19 ml of acetic anhydride and 7.67 ml of triethylamine to obtain a solid powder sample of this random copolyimide. This random copolyimide was found by DSC analysis to have a melting point of 352 ° C. and a heat of fusion of 21.1 J / g in the first DSC scan. The melting point DSC curve was very wide (compared to the corresponding block copolyimide). In the second DSC heat scan, the melting point was 348 ° C., but the heat of fusion dropped dramatically to 3.0 J / g. In the third heating scan, no melting point behavior was observed. Thus, this copolyimide was characterized as semi-crystalline (proven by some melting behavior in the first and second scans) but does not exhibit significant recoverable semi-crystallinity. .
[0134]
(Examples 22 to 27)
These examples illustrate block copolyimides with recoverable crystallinity synthesized using an alternative method to achieve the following sequence polymerization. Six block copolyimides were prepared using acid dianhydride and diamine components including ODPA, BPDA, APB-133, and APB-134. No phthalic anhydride endcapping was used.
[0135]
A sequence polymerization method was used, which consisted of first preparing a series of ODPA / APB-133 soluble oligomeric polyimides by thermal imidization of the corresponding polyamic acids. Each of these materials in excess of amino functionality was separately mixed with a certain amount of polyamic acid of BPDA / APB-134 containing 98% stoichiometric amount of BPDA. The copolymer was then formed by adding the necessary amount of BPDA to consume all excess amino groups. The resulting copolymer was composed of ODPA / APB-133 imidized chain segments linked to BPDA / APB-134 unconverted amic acid chain segments.
[0136]
The partially imidized block copolymer described above is completely converted to a fully imidized block copolyimide using acetic anhydride and triethylamine, and each copolyimide is simply converted into a powdered polyimide resin with excess acetone in a blender. Released. The product was dried to constant weight at 200 ° C. under nitrogen and reduced pressure before further characterization and proof of utility. Details are shown below.
[0137]
Preparation of ODPA / APB-133-Part A
In a nitrogen filled glove box, the following amount of ODPA was added to the APB-133 solution with stirring. The reaction mixture was stirred for 3 hours, then 40 ml of reagent grade xylene was first added and after stirring at reflux, the imidized water was collected in a Dean-Stark trap. After stripping off xylene, the resulting oligomeric imide was soluble.
[0138]
[Table 16]
Figure 0004031241
[0139]
Preparation of BPDA / APB-134-Part B
For each oligomeric imide preparation (Part A), the following polyamic acid was produced. A constant amount (23.287 g) of APB-134 was dissolved in 277 ml of anhydrous NMP in a nitrogen filled glove box. To this solution 23.066 grams of BPDA was added over 20 minutes with stirring. The mixture was stirred overnight to give a clear polyamic acid.
[0140]
Preparation of block copolyamic acid / imide-Part C
Each polyimide oligomer sample from part A was combined with one of the polyamic acid samples from part B. As shown below, the required amount of BPDA was added with NMP and the resulting reaction mixture was stirred for 4 hours to give 6 copolyamic acids / imides (samples from Examples 22-27).
[0141]
[Table 17]
Figure 0004031241
[0142]
Preparation of all imidized block copolyimides-Part D
Each copolyamic acid / imide of Part C is mixed with 100 grams each of 13 ml of triethylamine and 9 ml of acetic anhydride, and then the reaction mixture is left under nitrogen for 24 hours to form an all imidized block (array) copolymer. Chemically converted to polyimide. The product was precipitated in acetone in a blender. After filtration, the product was washed twice with acetone by moderate filtration in a blender. In each case, the resin was dried in a vacuum dryer under nitrogen at 200 ° C. to a constant weight.
[0143]
Each sample was analyzed by DSC. DSC analysis was performed using a Mettler TA 3000 system and a large aluminum pan. The polymer was kept dry under nitrogen and weighed just prior to analysis. The sample weight was in the range of 35 to 50 mg, preferably 40 mg, and weighed to the nearest 1/10 milligram. After capping the sample with a Mettler device and making a small hole in the pan cap, DSC analysis was performed to 400 ° C. at a rate of 10 ° C./min. The dish and contents were immediately cooled in dry ice. The sample was then heated at the same rate to 400 ° C. under nitrogen and quenched again. Where a third trial was desired, the same heating rate and maximum temperature were applied.
[0144]
[Table 18]
Figure 0004031241
[0145]
As the results clearly show, these block (array) copolyimides have unique recoverable crystallinity retention.
[0146]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a polyimide copolymer having characteristics such as high thermal stability, melt processability, and recoverable crystallinity at the same time. Copolymers according to the present invention have a suitably low melt viscosity to be melt processable, or have a suitably low melt viscosity to be melt processable by adding certain additives. It is possible to Also, adjustment of the melting point and glass transition temperature of the copolymer can be achieved by changing its molecular composition. Therefore, the polyimide copolymer of the present invention can be processed in a melt state to form an article, and the processed article has a predetermined shape such as an extruded product, a fiber, a film, and a molded product. In many cases, the copolymer of the present invention can also be produced via melt polymerization, thus eliminating the need for redundant and expensive solvent recycling in the production process.

Claims (9)

数平均分子量が2,000から20,000の範囲の第1のイミド化セグメントおよび第2のアミド酸セグメントを含む、セグメント化ポリイミド/ポリアミド酸コポリマーであって、前記第2のアミド酸セグメントの前記コポリマー中に占める割合は、第2のアミド酸セグメントがイミド化されて第2のイミド化セグメントが形成された場合における第2のイミド化セグメントの前記コポリマー中に占める割合が60重量パーセント以上となる割合であり、該コポリマーが以下の工程:
(a)第1のアミド酸セグメントを調製する工程であって、
第1のアミド酸セグメントは、前記第1のイミド化セグメントの前駆体であり、かつ酸無水物およびアミンからなる群より選択される2つの同じ末端部分を有する第1のアミド酸セグメントを得るための分子比で、第1の酸二無水物を第1のジアミンと反応させた場合の反応生成物であり、
第1のアミド酸セグメントを形成するための第1の酸二無水物と第1のジアミンとの組合せが、それぞれ4,4′−オキシジフタル酸無水物(ODPA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、(3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、ピロメリト酸二無水物(PMDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、(2,2′−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、3,3′,4,4′−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物(DSDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、および(2,2′−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)と1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)との組合せからなる群より選択される工程と、
(b)前記第1のアミド酸セグメントをイミド化して第1のイミド化セグメントを形成する工程と、
(c)前記第1のイミド化セグメントを1以上の反応物と反応させる工程であって、
前記1以上の反応物は、(1)第2のアミド酸セグメントを形成するための、第2の酸二無水物および第2のジアミンと、(2)第2のアミド酸セグメントを形成するための、第2のアミド酸セグメントならびに第2の酸二無水物および第2のジアミンからなる群より選択される連結モノマーとからなる群より選択され、
前記(2)におけるジアミンおよび酸二無水物の間の連結モノマーの選択対象が、100%の全化学量論を有するポリイミド/ポリアミド酸コポリマーを生成するのに必要な連結モノマーを選択することによって選ばれる条件のもとで、前記第1のイミド化セグメントが前記1以上の反応物と反応して、第1のイミド化セグメントおよび第2のアミド酸セグメントを含むセグメント化ポリイミド/ポリアミド酸コポリマーを形成し、
前記第2のアミド酸セグメントが炭素−窒素結合を有するアミド基を介して第1のイミド化セグメントに連結され、
前記第2のアミド酸セグメントを形成するための第2の酸二無水物と第2のジアミンとの組合せが、それぞれ3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)と1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)との組合せ、および(3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)と1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)との組合せからなる群より選択される工程とによって調製されることを特徴とするセグメント化ポリイミド/ポリアミド酸コポリマー。
A segmented polyimide / polyamic acid copolymer comprising a first imidized segment and a second amic acid segment having a number average molecular weight in the range of 2,000 to 20,000, wherein the segment of the second amic acid segment The proportion of the second imidized segment in the copolymer when the second amidic acid segment is imidized to form the second imidized segment is 60% by weight or more. A proportion of the copolymer in the following steps:
(A) preparing a first amic acid segment,
A first amic acid segment is a precursor of the first imidized segment and has a first amic acid segment having two identical terminal portions selected from the group consisting of an acid anhydride and an amine A reaction product obtained by reacting the first acid dianhydride with the first diamine at a molecular ratio of
The combination of the first acid dianhydride and the first diamine to form the first amic acid segment is 4,4'-oxydiphthalic anhydride (ODPA) and 1,3-bis (3- In combination with (aminophenoxy) benzene (APB-133), (3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA) and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB- 133), a combination of pyromellitic dianhydride (PMDA) and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), (2,2'-bis- (3,4-di) Carboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride (6FDA) in combination with 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), 3,3 ', 4,4'-diphenyls Combination of hontetracarboxylic dianhydride (DSDA) and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), and (2,2'-bis- (3,4-dicarboxyphenyl) A step selected from the group consisting of a combination of hexafluoropropane dianhydride (6FDA) and 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene (APB-134);
(B) imidizing the first amic acid segment to form a first imidized segment;
(C) reacting the first imidized segment with one or more reactants,
The one or more reactants are (1) with a second acid dianhydride and a second diamine to form a second amic acid segment, and (2) to form a second amic acid segment. Selected from the group consisting of a second amic acid segment and a linking monomer selected from the group consisting of a second acid dianhydride and a second diamine,
The choice of linking monomer between the diamine and dianhydride in (2) above is selected by selecting the linking monomer necessary to produce a polyimide / polyamic acid copolymer having 100% total stoichiometry. The first imidized segment reacts with the one or more reactants to form a segmented polyimide / polyamic acid copolymer comprising a first imidized segment and a second amic acid segment And
The second amic acid segment is linked to the first imidization segment via an amide group having a carbon-nitrogen bond;
The combination of the second acid dianhydride and the second diamine to form the second amic acid segment is 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), respectively. And 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene (APB-134), and (3,3 ', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride (BTDA) and 1,3-bis A segmented polyimide / polyamic acid copolymer prepared by a process selected from the group consisting of a combination with (4-aminophenoxy) benzene (APB-134).
前記1以上の反応物が前記(1)第2の酸二無水物および第2のジアミンであることを特徴とする請求項1に記載のセグメント化ポリイミド/ポリアミド酸コポリマー。  The segmented polyimide / polyamic acid copolymer of claim 1, wherein the one or more reactants are (1) a second acid dianhydride and a second diamine. 平均分子量が2,000から20,000の範囲の第1のイミド化セグメントおよび第2のイミド化セグメントを含む、93%から98%の範囲の化学量論量を有するセグメント化溶融加工性半晶質ポリイミドコポリマーであって、前記第2のイミド化セグメントの前記コポリマー中に占める割合は60重量パーセント以上であり、該コポリマーが以下の工程:
(a)第1のアミド酸セグメントを調製する工程であって、
第1のアミド酸セグメントは、前記第1のイミド化セグメントの前駆体であり、かつ酸無水物およびアミンからなる群より選択される2つの同じ末端部分を有する第1のアミド酸セグメントを得るための分子比で、第1の酸二無水物を第1のジアミンと反応させた場合の反応生成物であり、
第1のアミド酸セグメントを形成するための第1の酸二無水物と第1のジアミンとの組合せが、それぞれ4,4′−オキシジフタル酸無水物(ODPA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、(3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、ピロメリト酸二無水物(PMDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、(2,2′−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、3,3′,4,4′−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物(DSDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、および(2,2′−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)と1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)との組合せからなる群より選択される工程と、
(b)前記第1のアミド酸セグメントをイミド化して第1のイミド化セグメントを形成する工程と、
(c)前記第1のイミド化セグメントを1以上の反応物と反応させる工程であって、
前記1以上の反応物は、(1)第2のアミド酸セグメントを形成するための、第2の酸二無水物および第2のジアミンと、(2)第2のアミド酸セグメントを形成するための、第2のアミド酸セグメントならびに第2の酸二無水物および第2のジアミンからなる群より選択される連結モノマーとからなる群より選択され、
前記(2)におけるジアミンおよび酸二無水物の間の連結モノマーの選択対象が、100%の全化学量論を有するポリイミド/ポリアミド酸コポリマーを生成するのに必要な連結モノマーを選択することによって選ばれる条件のもとで、前記第1のイミド化セグメントが前記1以上の反応物と反応して、第1のイミド化セグメントおよび第2のアミド酸セグメントを含むセグメント化ポリイミド/ポリアミド酸コポリマーを形成し、
前記第2のアミド酸セグメントが炭素−窒素結合を有するアミド基を介して第1のイミド化セグメントに連結され、
前記第2のアミド酸セグメントを形成するための第2の酸二無水物と第2のジアミンとの組合せが、それぞれ3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)と1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)との組合せ、および(3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)と1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)との組合せからなる群より選択される工程と、
(d)前記第2のアミド酸セグメントをイミド化して第2のイミド化セグメントを形成し、
そのことによりセグメント化溶融加工性半晶質ポリイミドコポリマーを形成する工程とによって調製されることを特徴とするセグメント化溶融加工性半晶質ポリイミドコポリマー。
A segmented melt-processable semicrystal having a stoichiometric amount in the range of 93% to 98% , including a first imidized segment and a second imidized segment having an average molecular weight in the range of 2,000 to 20,000. And the proportion of the second imidized segment in the copolymer is 60 weight percent or more, and the copolymer comprises the following steps:
(A) preparing a first amic acid segment,
A first amic acid segment is a precursor of the first imidized segment and has a first amic acid segment having two identical terminal portions selected from the group consisting of an acid anhydride and an amine A reaction product obtained by reacting the first acid dianhydride with the first diamine at a molecular ratio of
The combination of the first acid dianhydride and the first diamine to form the first amic acid segment is 4,4'-oxydiphthalic anhydride (ODPA) and 1,3-bis (3- In combination with (aminophenoxy) benzene (APB-133), (3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA) and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB- 133), a combination of pyromellitic dianhydride (PMDA) and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), (2,2'-bis- (3,4-di) Carboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride (6FDA) in combination with 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), 3,3 ', 4,4'-diphenyls Combination of hontetracarboxylic dianhydride (DSDA) and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), and (2,2'-bis- (3,4-dicarboxyphenyl) A step selected from the group consisting of a combination of hexafluoropropane dianhydride (6FDA) and 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene (APB-134);
(B) imidizing the first amic acid segment to form a first imidized segment;
(C) reacting the first imidized segment with one or more reactants,
The one or more reactants are (1) with a second acid dianhydride and a second diamine to form a second amic acid segment, and (2) to form a second amic acid segment. Selected from the group consisting of a second amic acid segment and a linking monomer selected from the group consisting of a second acid dianhydride and a second diamine,
The choice of linking monomer between the diamine and dianhydride in (2) above is selected by selecting the linking monomer necessary to produce a polyimide / polyamic acid copolymer having 100% total stoichiometry. The first imidized segment reacts with the one or more reactants to form a segmented polyimide / polyamic acid copolymer comprising a first imidized segment and a second amic acid segment And
The second amic acid segment is linked to the first imidization segment via an amide group having a carbon-nitrogen bond;
The combination of the second acid dianhydride and the second diamine to form the second amic acid segment is 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), respectively. And 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene (APB-134), and (3,3 ', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride (BTDA) and 1,3-bis A step selected from the group consisting of a combination with (4-aminophenoxy) benzene (APB-134);
(D) imidating the second amic acid segment to form a second imidized segment;
A segmented melt-processable semi-crystalline polyimide copolymer, characterized in that it is prepared by forming a segmented melt-processable semi-crystalline polyimide copolymer.
前記1以上の反応物が(1)第2の酸二無水物および第2のジアミンであることを特徴とする請求項3に記載のセグメント化溶融加工性半晶質ポリイミドコポリマー。  The segmented melt-processable semicrystalline polyimide copolymer of claim 3, wherein the one or more reactants are (1) a second acid dianhydride and a second diamine. 前記第2の酸無水物が3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)であり、前記第2のジアミンが1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)であり、かつ前記第1のイミド化セグメントを形成するための前記第1の酸二無水物と前記第1のジアミンとの組合せが、それぞれ4,4′−オキシジフタル酸無水物(ODPA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、ピロメリト酸二無水物(PMDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、2,2′−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、3,3′,4,4′−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物(DSDA)と1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)との組合せ、および2,2′−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)と1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)との組合せからなる群より選択されることを特徴とする請求項3に記載のセグメント化溶融加工性半晶質ポリイミドコポリマー。  The second acid anhydride is 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), and the second diamine is 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene ( APB-134), and the combination of the first acid dianhydride and the first diamine to form the first imidized segment is 4,4'-oxydiphthalic anhydride ( ODPA) and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA) and 1,3-bis Combination with (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), combination with pyromellitic dianhydride (PMDA) and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), 2 A combination of 2'-bis- (3,4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride (6FDA) and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), 3,3 ', A combination of 4,4'-diphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride (DSDA) and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), and 2,2'-bis- (3,4 4. -Dicarboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride (6FDA) and 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene (APB-134) selected from the group consisting of A segmented melt-processable semicrystalline polyimide copolymer as described in 1. 前記第1の酸無水物が4,4′−オキシジフタル酸無水物(ODPA)であり、前記第1のジアミンが1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)であり、かつ前記第2のイミド化セグメントを形成するための前記第2の酸二無水物と第2のジアミンとの組合せが、それぞれ3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)と1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)との組合せ、および3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)と1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)との組合せからなる群より選択されることを特徴とする請求項3に記載のセグメント化溶融加工性半晶質ポリイミドコポリマー。  The first acid anhydride is 4,4′-oxydiphthalic anhydride (ODPA), the first diamine is 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene (APB-133), and The combination of the second acid dianhydride and the second diamine to form the second imidized segment is 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA, respectively). ) And 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene (APB-134), and 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride (BTDA) and 1,3-bis 4. A segmented melt-processable semicrystalline polyimide copolymer according to claim 3, selected from the group consisting of combinations with (4-aminophenoxy) benzene (APB-134). 前記コポリマーが、330℃から395℃の範囲の融点を示し、かつ示差走査熱量測定分析により決定した回復可能な半晶性を示すことを特徴とする請求項3に記載のセグメント化溶融加工性半晶質ポリイミドコポリマー。  The segmented melt processible semi-finished product of claim 3, wherein the copolymer exhibits a melting point in the range of 330 ° C to 395 ° C and a recoverable semi-crystalline property as determined by differential scanning calorimetry analysis. A crystalline polyimide copolymer. 半晶質セグメントが前記コポリマー中に65から85重量パーセントの範囲の量で存在することを特徴とする請求項3に記載のセグメント化溶融加工性半晶質ポリイミドコポリマー。  4. A segmented melt-processable semi-crystalline polyimide copolymer according to claim 3, wherein semi-crystalline segments are present in the copolymer in an amount ranging from 65 to 85 weight percent. 前記第1の酸二無水物が4,4′−オキシジフタル酸無水物(ODPA)、3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)、ピロメリト酸二無水物(PMDA)、および2,2′−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(6FDA)からなる群より選択され、前記第1のジアミンが1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133)であり、前記第2の酸二無水物が3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)であり、前記第2のジアミンが1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−134)であり、
前記第1のイミド化セグメントが2,000から20,000の範囲の数平均分子量を有することを特徴とする請求項3に記載のセグメント化溶融加工性半晶質ポリイミドコポリマー。
The first acid dianhydride is 4,4′-oxydiphthalic anhydride (ODPA), 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), pyromellitic dianhydride (PMDA). And 2,2′-bis- (3,4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride (6FDA), wherein the first diamine is 1,3-bis (3-amino) Phenoxy) benzene (APB-133), the second acid dianhydride is 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), and the second diamine is 1 , 3-bis (4-aminophenoxy) benzene (APB-134),
The segmented melt-processable semicrystalline polyimide copolymer of claim 3, wherein the first imidized segment has a number average molecular weight in the range of 2,000 to 20,000.
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